Эквивалентное удельное сопротивление грунта: Заземляющие устройства в районах с большим удельным сопротивлением земли

Содержание

Заземляющие устройства в районах с большим удельным сопротивлением земли

Внимание!

Ссылка на главу, вышедшую в другом издании

Нумерация может измениться

Данный документ находится в библиотеке сайта ElectroShock

Перейдите по ссылке, чтобы посмотреть список доступных документов

Там же находится ПУЭ в формате справки windows

1.7.105. Заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью в районах с большим удельным сопротивлением земли, в том числе в районах многолетней мерзлоты, рекомендуется выполнять с соблюдением требований, предъявляемых к напряжению прикосновения (1.7.91). В скальных структурах допускается прокладывать горизонтальные заземлители на меньшей глубине, чем этого требуют 1.7.91 – 1.7.93, но не менее чем 0,15 м. Кроме того, допускается не выполнять требуемые 1.7.90 вертикальные заземлители у входов и у въездов.

1.7.106. При сооружении искусственных заземлителей в районах с большим удельным сопротивлением земли рекомендуются следующие мероприятия:

1) устройство вертикальных заземлителей увеличенной длины, если с глубиной удельное сопротивление земли снижается, а естественные углубленные заземлители (например, скважины с металлическими обсадными трубами) отсутствуют;

2) устройство выносных заземлителей, если вблизи (до 2 км) от электроустановки есть места с меньшим удельным сопротивлением земли;

3) укладка в траншеи вокруг горизонтальных заземлителей в скальных структурах влажного глинистого грунта с последующей трамбовкой и засыпкой щебнем до верха траншеи;

4) применение искусственной обработки грунта с целью снижения его удельного сопротивления, если другие способы не могут быть применены или не дают необходимого эффекта.

1.7.107. В районах многолетней мерзлоты, кроме рекомендаций, приведенных в 1.7.106, следует:

1) помещать заземлители в непромерзающие водоемы и талые зоны;

2) использовать обсадные трубы скважин;

3) в дополнение к углубленным заземлителям применять протяженные заземлители на глубине около 0,5 м, предназначенные для работы в летнее время при оттаивании поверхностного слоя земли;

4) создавать искусственные талые зоны.

1.7.108. В электроустановках напряжением выше 1 кВ, а также до 1 кВ с изолированной нейтралью для земли с удельным сопротивлением более 500 Ом·м, если мероприятия, предусмотренные 1.7.105 – 1.7.107, не позволяют получить приемлемые по экономическим соображениям заземлители, допускается повысить требуемые настоящей главой значения сопротивлений заземляющих устройств в 0,002ρ раз, где ρ – эквивалентное удельное сопротивление земли, Ом·м. При этом увеличение требуемых настоящей главой сопротивлений заземляющих устройств должно быть не более десятикратного.

 

Расчетные сопротивления грунтов – Энциклопедия по машиностроению XXL

Монтажные нагрузки при расчете верхней плиты принимают равными 2 т1м коэффициент перегрузки принимают равным А = 1,2. Расчетное сопротивление грунта определяют по формуле  
[c.102]

При определении размеров фундаментов под оборудование нормативные давления на грунты основания (расчетные сопротивления грунта) принимают по табл. 6.  [c.451]

Расчетное сопротивление грунта R в кГ/см-(см. табл. б, 7 и 8) До 1,5 1,5-3,5 3,5-6 Св. б  [c.1007]

Расчетные сопротивления грунтов (допускаемые давления)  [c.1010]


Виброплощадки на воздушной подушке. Б последнее время при производстве сборного железобетона используются несколько виброплощадок на воздушной подушке (рис. 134). Такие виброплощадки не требуют устройства фундаментов и могут быть установлены на любое горизонтальное основание с расчетным сопротивлением грунта не менее 0,5 кГ/сл и небольшой песчаной подсыпкой.
 [c.227]

Н— расчетное сопротивление грунта  [c.353]

Вычисленное расчетное сопротивление, найденное по расчетным сопротивлениям грунтов, сравнивается с давлением, передаваемым фундаменту. Расчетное сопротивление грунта по СН 200—62  [c.15]

В табл. 4 приведены некоторые значения расчетных сопротивлений грунтов R по СН 200-62 для транспортных сооружений.  [c.15]

R — расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по СН 200—62.  [c.74]

Расчетные сопротивления грунта Я кгс см принимаются для следующих грунтов супеси, суглинки, глины, песок мелкий — 2,0—3,0 песок гравелистый 3,5 — ,5, средней крупности 2,5—3,5 песок влажный 1,0—2,0 щебенистый (галечниковый) грунт 6,0 гравийный 3,0—5,0 песчаник и известняк 10—15 гранит, базальт и диабаз 30.  

[c.370]

Кх — жесткость основания при горизонталь- ном перемещении фундамента Сх = 0,7 Сг — коэффициент упругого равномерного сжатия его значения в зависимости от расчетного сопротивления грунта приведены Б табл. 3.1 Рф — площадь подошвы фундамента тр — площадь баковых поверхностей фундамента, по которым возникают касательные напряжения Рсж — площадь боковых поверхностей фундамента, по которым происходит сжатие грунта.  [c.50]

R — является расчетным сопротивлением основания, установленным Нормами и техническими условиями на проектирование естественных оснований зданий и промышленных сооружений (НИТУ 127-55), а в случае возведения фундаментов на макропористых грунтах — Нормами и техническими условиями проектирования и строительства зданий и промышленных сооружений на макропористых и просадочных грунтах (НИТУ 137-56).  

[c.102]

Расчетные сопротивления R оснований из крупнообломочных грунтов в кГ/см  [c.1010]

Расчетные сопротивления R оснований из ГЛИНИСТЫХ (не макропористых) грунтов с малой структурной связностью в кГ/см  [c.1010]

Бурение, произведенное на площадке строительства кузнечного цеха в местах расположения фундамента под молот, показывает, что основанием фундамента может служить глина, залегающая от отметки S7 2,Q0m. Расчетное сопротивление основания при статической нагрузке по данным исследования грунтов R = 25 т/м-.  [c.1038]

Так, в рассмотренной выше задаче о тепловых потерях трубопровода, заложенного в грунт, нет возможности просто суммировать термическое сопротивление грунта, вычисленное по формуле (7.114), с термическим сопротивлением воздуха над грунтом. Действительно, при конечном значении а меняется термическое сопротивление собственно грунта, так как его поверхность перестает быть изотермической. Кроме того, неясно, как вычислить собственно внешнее термическое сопротивление, когда поверхность грунта бесконечно велика. В то же время точное решение уравнения теплопроводности с граничным условием третьего рода существенно сложнее, чем в рассмотренном случае задания граничного условия постоянной температуры контура. В подобных случаях оказывается возможным удовлетворительно учесть конечную величину а путем введения в расчетную формулу, полученную для случая а = оо, линейного размера системы, увеличенного на толщину дополнительной стенки б.

 [c.98]


В основном расчетном случае принимаем малое сопротивление грунта. Скорости плунжера 1 при этом наибольшие. Так как рабочее усилие невелико, гидравлические сопротивления можно принять достаточно большими. Если разделить разницу между максимальными и минимальными сопротивлением грунта на зоны то, произведя расчет для более опасного случая, можно оценить влияние принятых сопротивлений для остальных зон изменения рабочего усилия. Напишем упрощенное уравнение  
[c.175]

Практическое значение работы состоит в разработке метода расчета, позволяющего определить расчетное сопротивление АО и осадку фундамента с учетом прочностных и деформационных свойств грунта и армирующих прослоек. Разработанные конструкции АО обеспечивают снижение стоимости и материалоемкости строительства. Результаты исследований были внедрены на нескольких объектах в г. Перми и Пермской области.  [c.4]

Расчетное сопротивление АО возрастает при увеличении Grf практически во всем диапазоне прочностных характеристик грунтов, но наиболее рациональный диапазон значений G /составляет 1000-2000 кН/м.  

[c.12]

Расчетное сопротивление армированного грунта R,f в кПа при глубине заложения подошвы фундамента /г=0 можно определить по формуле  [c.13]

Значения коэффициента k даются в зависимости от влажности грунта перед измерением методом ВЭЗ и используются для приведения измеренного удельного сопротивления грунта слоя сезонных изменений к расчетным условиям зимы для расчета защитных и рабочих заземлителей электроустановок.  [c.14]

Эквивалентное удельное сопротивление грунта для расчета одиночного вертикального электрода в двухслойном грунте. Известная расчетная формула сопротивления вертикального электрода (см. табл. 1-2) в двухслойном неоднородном грунте  [c.69]

При теоретическом исследовании наиболее распространены две апробированные расчетные схемы механизма сопротивления грунта, находящиеся в соответствии с экспериментальными данными для широкого круга грунтовых условий  

[c. 327]

В табл. 6—8 припедены расчетные сопротивления грунтов, отвечающие глубине заложения 1,5—2 мк ширине фундамента 0,6—1 м.  [c.1010]

Рамные фундаменты делают в сочетании с проемами, цредназна-ченными для транспортировки металлоотходов. Железобетонные стойки одновременно служат основанием, на которое укладываются элементы этажного перекрытия. Стойки имеют фундаменты, конструкция которых зависит от геологической характеристики грунта. При расчетном сопротивлении грунта, равном 0,1…0,15 МН/м , целесообразно фундамент выполнять в виде ленты на весь ряд стоек. Шаг стоек (колонн подвального помещения) в продольном направлении делают от 4 до 6 м. Чем больше шаг стоек в продольном направлении, тем удобнее и лучше будут подходы и подъезды к нижним приводам прессов для их ремонта и обслуживания. При выборе шага стоек следует учитывать, что балки рассчитываются на жесткость, и чем меньше щаг, тем мень-  

[c.80]

В последнее время на грузовых дворах опорных станций строят комплексно-механизированные одно- или многопролетные склады — цехи ангарного типа (табл. 3) с вводом внутрь от одного до четырех путей. Их возводят по типовым проектам Гип-ротрансстроя. Однопролетные здания сооружают пролетом 12, 18, 24 и 30 м из сборных железобетонных элементов. Расчетное сопротивление грунта основания 20 кН/м . Поверхность асфальтобетонных полов гладкая и ровная, водонепроницаемая, хорошо  [c.21]

К фундаментам в свою очередь предъявляются следующие требования прочность, обеспечиваемая правильным выбором материала, размеров и формы поперечного сечения устойчивость на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы, обеспечиваемая надлежащим его заглублением и приданием ему соответствующего профиля, при котором плоскость подошвы фундамента будет перпендикулярна действующему усилию давление на плоскости подошвы фундамента не должно быть более расчетного сопротивления грунта основания экономичность, достигаемая рациональной схемой устройства фундамента, применением дешевых по возможности местных материалов и снижение трудоемкости индустриальность, достигаемая при монтаже их из типовых индустриальных крупных элементов долговечность.  [c.67]

Для расчета выносливости максимальная нагрузка цикла принимается при копании в грунтах со сравнительно равномерным сопротивлением. В этом случае в расчетной двухмассовой схеме вместо следует подставить — приведенную массу груженого ковша вместо — сопротивление грунта и ковша. Для четырех-пятикубовых ковшей сопротивление грунта равно-примерно 15 т. При копании максимальное наиболее часто повторяющееся усилие в канате будет  [c.30]


При стопорении напора скорость движения ковша в направлении подъемного каната остается неизменной (v = onst), т. е. составляющая сопротивления грунта копанию (Р р) следит за изменением усилия в подъемном канате. В этом случае расчетная схема принимает вид двухмассовой трехсвязной системы (фиг. 3).  [c.53]

Эксцентриситет для грунтов с расчетным сопротивлением (основным допускаемым давлением) до 1,5 кГ/см должен быть не более 3%, а для грунтов с расчетным сопротивлением больше 1,5 кПсм-не более 5% размера той стороны подошвы, в направление которой происходит смещение центра тяжести.  [c.1006]

Устройство фундаментов. Основанием для фундаментов под станки, не чувствительные к неравномерным осадкам, может служить грунт с расчетным сопротивлением (допускаемым давлением) более 1 кПсм .  [c.1032]

Фундамент трубы состоит из стакана (в 1 иде полого усеченного конуса или цилиндра) и плиты. Плита имеет в плане форму круга или многоугольника. При грунтах с высоким расчетным сопротивлением илнта может выполняться кольцевой.  [c.216]

Изучение влияния прочностных характеристик грунта (С и ф) и параметров армирования (глубина заложения армирующего материала г, жесткость на растяжение армирующего материала G /) на расчетное сопротивление АО с помощью программы “PLAXIS” позволяет сделать выводы  [c.11]

В качестве расчетного удельного сопротивления грунта слоя сезонных изменений следует принимать возможное максимальное значение удельного сопротивления грунта. Поэтому если ВЭЗ, проводится не в расчетный наиболее тяжелый период года, измеренное удельное сопротивление грунта слоя сезонных изменений ршм (толщиною Яс) следует привести к расчетному значению ррасч-  [c. 14]

Расчет сопротивления п-лучевых горизонтальных за-землителей. Расчетная формула для определения сопротивления л-лучевых заземлителей на основании равенств (3-3), (3-27), (3-28) и понятия об эквивалентном удельном сопротивлении грунта имеет вид  [c.66]

Сопоставление расчетных значений относительного эквивалентного удельного сопротивления грунта для двух- и четырехлучевых горизонтальных заземлителей показало их близкое совпадение при одинаковых отношениях удельных сопротивлений слоев pi/p2 и одинаковой относительной толщине слоя (Я—А)/лл/л с уче-  [c.67]

На рис. 4-6 приведены расчетные зависимости, построенные по (4-20), (4-18) и (4-16), импульсного сопротивления полушарового электрода (го=50 см) от тока при значениях коэффициента k =0 и й = 0,1. Из кривых видно, что при i=0 вплоть до значения тока / пр, когда происходит пробой грунта, сопротивление сохраняется постоянным, а затем быстро уменьшается. При А = 0,1 снижение сопротивления начинается при малых токах, а при /”пр, соответствующем пробою грунта, лишь несколько ускоряется. Снижение удельного сопротивления грунта приводит к некоторому выравниванию поля около электрода, и поэтому развитие искровой зоны задерживается (/%>/ np)-  [c.86]

Как ВИДНО, С увеличением числа молниеотводов одинаковой высоты h и при одинаковых заземлителях увеличиваются расчетные токи и необходимые расстояния в земле (варианты 3 и 6, 4 и 7, 5 и 8). Из трех типов заземлителей наименьшее импульсное сопротивление и наименьшее расстояние в земле обеспечивает двухлучевой заземлитель с вертикальными электродами № 5, 8 и II). С увеличением удельного сопротивления грунта необходимые расстояния в земле увеличиваются. При более высоком показателе грозоупор-ности больше расчетный ток, необходимое расстояние в земле и его отношение к импульсному сопротивлению заземли-  [c.164]

Расчет заземляющих устройств

7. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов из выражений

или

где — сопротивление растеканию горизонтальных электродов, определенное в п. 6.
8. Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования по табл. 12-4 или 12-5:

Окончательно принимается число вертикальных электродов из условий размещения.
9. Для установок выше 1000 В с большими токами замыкания на землю проверяется термическая стойкость соединительных проводников по формуле (12-5).

Пример 12-1. Требуется рассчитать заземление подстанции 110/10 кВ со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 100 кВ 3,2 кА; наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 10 кВ 42 А; грунт в месте сооружения подстанции — суглинок; климатическая зона 2; дополнительно в качестве заземления используется система тросы — опоры с сопротивлением заземления 1,2 Ом.

Решение
1. Для стороны 110 кВ требуется сопротивление заземления 0,5 Ом. Для стороны 10 кВ по формуле (12-6)

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство используется также для установок подстанции до 1000 В. Таким образом, в качестве расчетного принимается сопротивление .
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования системы тросы — опоры;

3. Рекомендуемое для предварительных расчетов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — суглинке по приведенным выше данным составляет 100 Ом⋅м. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 2 по табл. 12 2 принимаются равными 4,5 для горизонтальных протяженных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,8 для вертикальных стержневых электродов длиной 2—3 м при глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления:
для горизонтальных электродов

для вертикальных электродов

4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода — уголка № 50 длиной 2,5 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

где

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования :

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов — полос 40 X 4 мм2, приваренных к верхним концам уголков. Коэффициент использования соединительной полосы в контуре при числе уголков порядка 100 и отношении по табл. 12-7 равен: .
Сопротивление растеканию полосы по формуле из табл. 12-3

7. Уточненное сопротивление вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования , принятом из табл. 12-5 при n=100 и :

Окончательно принимается 117 уголков.
Дополнительно к контуру на территории подстанции устраивается сетка из продольных полос, расположенных на расстоянии 0,8—1 м от оборудования, с поперечными связями через каждые 6 м. Дополнительно для выравнивания потенциалов у входов и въездов, а также по краям контура прокладываются углубленные полосы. Эти неучтенные горизонтальные электроды уменьшают общее сопротивление заземления; проводимость их идет в запас.
9. Проверяется термическая стойкость полосы 40 X 4 мм2. Минимальное сечение полосы из условий термической стойкости при к. з. на землю по формуле (12-5) при приведенном времени прохождения тока к. з.

Таким образом, полоса 40 X 4 мм2 условию термической стойкости удовлетворяет.

По результатам примера 12-1 можно видеть, что при достаточно большом количестве вертикальных электродов горизонтальные электроды, соединяющие верхние концы вертикальных, весьма слабо влияют на результирующее расчетное сопротивление контура заземления. При этом также обнаруживается дефект существующей методики расчета для случаев, когда требуется достаточно малое сопротивление контура. В выполненном примерном расчете этот дефект выявился в том, что учет дополнительной проводимости контура от горизонтальной соединительной полосы привел не к уменьшению потребного количества вертикальных электродов, а наоборот, к его увеличению примерно на 5%. На основании этого можно рекомендовать в подобных случаях рассчитывать необходимое количество вертикальных электродов без учета дополнительной проводимости соединительных и других горизонтальных полос, полагая, что их проводимость будет идти в запас надежности.

Пример 12-2. Требуется рассчитать заземление подстанции с двумя трансформаторами 6/0,4 кВ мощностью 400 кВ⋅А со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыкании на землю со стороны 6 кВ 18 А; грунт в месте сооружения — глина; климатическая зона 3; дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растеканию 9 Ом.
Решение
Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны здания, к которому примыкает подстанция, с расположением вертикальных электродов в один ряд на длине 20 м; материал — круглая сталь диаметром 20 мм, метод погружения — ввертыванием; верхние концы вертикальных стержней, погруженные на глубину 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду из той же стали.
1. Для стороны 6 кВ требуется сопротивление заземления, определяемое формулой (12-6):

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство выполняется общим для сторон 6 и 0,4 кВ. Далее согласно ПУЭ сопротивление заземлителя не должно превышать 4 Ом.
Расчетным, таким образом, является сопротивление заземления .
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использовании водопровода в качестве параллельной ветви заземления:

3. Рекомендуемое для расчетов сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — глины по табл. 12-1 составляет 70 ОмЧм. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 3 но табл. 12-2 принимаются равными 2,2 для горизонтальных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,5 для вертикальных электродов длиной 2—-3 м при глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления грунта:
для горизонтальных электродов

для вертикальных электродов

4. Определяется сопротивление растеканию одного стержня диаметром 20 мм и длиной 2 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования :

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтального электрода из круглой стали диаметром 20 мм, приваренного к верхним концам вертикальных стержней. Коэффициент использовании горизонтального электрода в ряду из стержней при числе их примерно равном 5 и отношении расстояния между стержнями к длине стержня в соответствии с табл. 12-6 принимается равным 0,86.
Сопротивление растеканию горизонтального электрода по формуле из табл. 12-3

7. Уточненное сопротивление растеканию вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования , принятом из табл. 12-4 при n=4 и :

Окончательно принимаются 4 вертикальных стержня; при этом сопротивление растеканию несколько меньше расчетного.

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина | PoweredHouse

Исходные данные:

Заземляющее устройство расположено во второй климатической зоне России и состоит из горизонтальной сетки (размер каждой ячейки 5х5 м), и вертикальных электродов (заземлителей), забитых в грунт в местах расположения узлов сетки.

Сетка и вертикальные электроды выполнены из круглой стали диаметром 25 мм. Все соединения выполнены с помощью сварки.

Конфигурация заземляющего устройства:

Обозначения и исходные данные:

  • Lг = 5 м – размер ячейки горизонтальной сетки (расстояние между вертикальными электродами);
  • Lсум.г = 110 м – общая длина горизонтальных заземлителей;
  • Lв = 5 м – высота вертикального электрода;
  • L1в – часть высоты вертикального электрода, находящаяся в верхнем слое (слой 1) грунта;
  • L2в – часть высоты вертикального электрода, находящаяся в нижнем слое (слой 2) грунта;
  • n=15 шт. – количество вертикальных заземлителей;
  • T=0,7 м – глубина расположения горизонтальной сетки;
  • h2=2 м – толщина верхнего слоя грунта;
  • h3=∞ — толщина нижнего слоя грунта.
  • d=0,025 м – диаметр круглой стали, из которой изготовлены сетка и вертикальные заземлители;
  • ρ=ρ1=150 Ом*м – удельное сопротивление грунта (для двухслойного грунта – удельное сопротивление верхнего слоя);
  • ρ2=100 Ом*м – удельное сопротивление нижнего слоя грунта (для двухслойного грунта);
  • A=20 м – габарит «длины» заземляющего устройства (см. рис.1);
  • B=10 м – габарит «ширины» заземляющего устройства (см. рис.1);
  • S=200 кв.м. (AxB) – площадь, занимаемая заземляющим устройством.

Расчет заземляющего устройства в однослойном грунте

Сопротивление заземляющего устройства Rз складывается из сопротивлений растеканию отдельных электродов заземлителя (труб, уголков, полос) и сопротивлений заземляющих проводников. В данной статье при сравнении различных методик сопротивление заземляющих проводников не учитывается. Собственно, это сопротивление не учитывается и в расчетах, приведенных в справочнике.

Сопротивление растеканию каждого электрода (вертикального или горизонтального) зависит от удельного сопротивления грунта с учетом его сезонных изменений; формы, размеров и материала электрода; расположения электрода и глубины погружения его в землю, а также наличия вблизи него других электродов, электрически соединенных с ним.

Удельное сопротивление грунта в справочнике рекомендуется принимать по данным замеров, а при отсутствии таких данных – воспользоваться табличными значениями. Чтобы сравнение методик было более корректным и не зависело от различий табличных данных, примем удельное сопротивления грунта ρ=150 Ом*м (см. постановку задачи). Удельное сопротивление промерзшего грунта получается умножением удельного сопротивления, измеренного в нормальных условиях (15 град.С и 10­20% влажности), на поправочные коэффициенты (табличные данные).

Таким образом, в справочнике предлагается рассчитать сопротивление растекания отдельно для горизонтальных электродов (сетки) и вертикальных электродов, применив соответствующие коэффициенты. Результирующее сопротивление заземляющего устройства рассчитывается из предпосылки, что данную конфигурацию системы электродов можно рассматривать, как параллельное соединение проводников.

Сопротивление одного вертикального электрода Rв определяется по формуле:

Где

  • ρ — удельное сопротивление почвы;
  • L — длина электрода;
  • d — диаметр (или эквивалентный диаметр) электрода;
  • t — расстояние от поверхности земли до середины электрода.
В формуле (1) не хватает поправочного коэффициента, учитывающего изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района. При расчете суммарных сопротивлений этот поправочный коэффициент будет учтен.

Суммарное сопротивление части заземлителя, состоящей из вертикальных электродов, электрически связанных между собой, без учета сопротивления соединяющей их полосы:

Где:

  • Кв=1,45 – поправочный коэффициент (для вертикальных заземлителей), учитывающий изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района;
  • ηв=0,51 – коэффициент использования вертикальных электродов (без учета влияния полосы связи);

Сопротивление растеканию горизонтальной сетки:

Сопротивление растеканию горизонтальной сетки с учетом экранирования и климатического района:

Где

  • Кг=3,5 – поправочный коэффициент (для горизонтальных заземлителей), учитывающий изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района;
  • ηг=0,31 – коэффициент использования сетки;

Полное сопротивление растеканию заземляющего устройства:

Расчет заземляющего устройства в двухслойном грунте

В справочнике под ред. Ю. Г. Барыбина нет методики для расчета сопротивления заземляющего устройства, находящегося в двухслойном грунте. Тем не менее, при определенном подходе, эту методику можно использовать и для двухслойного грунта. При этом принимаются следующие допущения:

  • земля, в которой расположен заземлитель, является идеальным бесконечным полупространством, состоящим из двух слоев; толщина верхнего слоя h2 конечна, нижний слой имеет неограниченную мощность (h3=∞); в пределах каждого слоя удельное сопротивление земли постоянно и равно ρ1 и ρ2, соответственно; поверхность земли и граница раздела между слоями горизонтальны;
  • продольное сопротивление сетки и вертикальных электродов переменному току частотой 50 Гц пренебрежимо мало.

Также допускается, что сопротивление растеканию верхней и нижней части ЗУ (см. рис.3), расположенных в соответствующем слое грунта, можно считать «соединенными» параллельно. Соответственно, эквивалентное сопротивление растеканию Rэкв будет:

Где R1 и R2 – сопротивление растеканию верхней и нижней части заземлителя соответственно. Проблема в том, что R1 и R2 – неизвестные величины. Эту проблему можно обойти следующим образом. Общеизвестно, что сопротивление прямо пропорционально удельному сопротивлению материала и его длине, и обратно пропорционально площади его сечения. Ток со стержня заземлителя стекает в направлении, перпендикулярном оси этого стержня, равномерно во все стороны. Следовательно, применительно к нашему случаю, сопротивление прямо пропорционально удельному сопротивлению грунта и расстоянию до стержня, и обратно пропорционально площади боковой стенки охватываемого цилиндра, которая в свою очередь является функцией расстояния от стенки цилиндра до стержня (радиуса цилиндра) и высоты этого цилиндра. Так как радиус цилиндра – общая величина для обеих частей уравнения, ее можно сократить, и останутся только удельное сопротивление грунта и высота вертикального электрода в каждом слое.

С учетом вышесказанного, выражение (7) принимает вид:

Где ρэкв – эквивалентное удельное электрическое сопротивление двухслойного грунта.

В уравнении (8) неизвестным является только одна величина – ρэкв:

Теперь, задача нахождения сопротивления заземляющего устройства в двухслойном грунте c двумя разными удельными сопротивлениями сводится к задаче расчета ЗУ в однослойном грунте с эквивалентным удельным сопротивлением. Подставляя значение ρэкв в формулы (1) и (4), определяем Rв и Rг, а затем по остальным формулам вычисляем Rз.

Полное сопротивление растеканию заземляющего устройства в двухслойном грунте равно 3,6 Ом.

Читайте также:

Программа для расчета сопротивления заземления

Норма сопротивления контура заземления

Заземление в квартире

Методика расчёта сопротивления заземления при неизвестном удельном сопротивлении грунта

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 путём применения вертикальных составных глубинных заземлителей «ИГУР», способных достигать более плотных и, как правило, водо-насыщенных нижележащих слоёв  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 расчёт ресурсов, необходимых для создания ЗУ.

Пояснение к методике расчёта

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 слоёв 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, определённое 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,  расчётным путём вычисляют необходимое дополнительное количество вертикальных глубинных электродов N, достаточное для достижения заданных параметров. Для предварительных расчётов вкладом горизонтального электрода заземления обычно пренебрегают.    

Расчёт доступен в форме калькулятора по ссылке: КАЛЬКУЛЯТОР

Описание методики расчёт

  • Определить требуемое (заданное) значение сопротивления заземляющего устройства «R». Замерить сопротивление естественного (если оно существует) заземляющего устройства «R1». В случае отсутствия естественного заземлителя в расчёт следует ввести сколь угодно большое значение, например, 1000 Ом.
  • 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 расчётное расстояние L от существующего заземлителя и замерить его сопротивление «R2». 
  • Рассчитать полученное результирующее сопротивление заземляющего устройства «Rр» с учётом забитого пробного вертикального электрода и существующего заземлителя.
  • Сравнить расчётное значение «Rр» с требуемым нормированным значением сопротивления «R»: если «Rр» ≤ «R» – закончить расчёт,  если «Rр» > «R» – продолжить расчёт.  
  • Проверить результаты расчёта замером сопротивления, объединив вместе существующий  заземлитель и пробный вертикальный электрод.
  • Рассчитать необходимое сопротивление «R3» дополнительного заземлителя (помимо первого пробного электрода), достаточное для приведения заземляющего устройства к норме.
  • 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, расчётное количество дополнительных глубинных электродов составляет N = 2,4. Требуется дополнительно забить 2 электрода и начать забивать третий.
  • Проверить результаты расчёта 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 расчёту 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 определённом 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. 

Реконструкция существующего заземляющего устройства. Методика расчета нормируемого сопротивления заземлителя при неизвестном удельном сопротивлении грунта в месте проведения работ.

Пояснение к методике расчета.

Возрастающая потребность в реконструкции (восстановлении) существующих заземляющих устройств (ЗУ) в немалой степени вызвана накоплением их отказов преимущественно из-за применения в течение длительного периода времени в качестве материала заземлителей обычной черной стали (углеродистая и низколегированная сталь, подверженная коррозии), не обладающей стойкостью к естественным коррозионным процессам, происходящим в грунте (почвенная коррозия, последствия воздействия блуждающих токов …) .

 

Особую актуальность эта проблема приобретает также в связи с пересмотром Указаний по подготовке рабочих мест и допуску к работам под наведенным напряжением на ВЛ с учетом значения его безопасного уровня 25 В, что в ряде случаев требует специального заземления с низким значением сопротивления. Большинство существующих ЗУ не соответствует новым требованиям.

Как правило, восстановление производят посредством погружения в землю дополнительных вертикальных и горизонтальных электродов заземления, не пренебрегая вкладом существующего ЗУ.

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 восстановления существующих ЗУ является чрезвычайно трудоемким, затратным и не всегда выполнимым.

Указанная проблема восстановления ЗУ или приведения их сопротивления к новым минимальным значениям может быть успешно решена с минимальными затратами путем применения вертикальных составных глубинных заземлителей «ИГУР», способных достигать более плотных и, как правило, водонасыщенных нижележащих слоев грунтов с низким удельным сопротивлением (например, для сравнения, эквивалентное удельное сопротивление земли на отметке 2,5 м составляет 446 Ом м и 52 Ом м – на глубине 15-20 м).

В условиях, когда известно лишь реальное сопротивление существующего ЗУ и отсутствует достоверная информация об удельном сопротивлении грунтов на площадке производства работ, затруднен расчет ресурсов, необходимых для восстановления ЗУ.

Предприятием «ИГУР» предложена методика, позволяющая рассчитать число дополнительных элементов заземления, не прибегая к каким-либо затратам, связанным с замером удельного сопротивления грунта в месте проведения работ.
Для этого используется метод пробного зондирования с применением вертикальных составных глубинных электродов заземления «ИГУР».

Сущность метода состоит в том, что на площадке восстанавливаемого 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 принимают глубину погружения 20 м. В последующем пробный электрод включают в работу заземляющего устройства, объединив его с другими электродами.

Таким образом, измеренная величина сопротивления пробного вертикального электрода заземления при известной глубине погружения, дает представление об эквивалентном удельном сопротивлении грунта в месте производства работ. Затем, принимая во внимание значения требуемого (заданного) сопротивления ЗУ, а также измеренных значений существующего заземляющего устройства, включая естественные и искусственный заземлители, требующие модернизации и пробного вертикального электрода, расчетным путем по известным зависимостям вычисляют необходимое дополнительное количество вертикальных глубинных электродов N. Для предварительных расчетов вкладом горизонтального электрода заземления 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 дополнительных электродов заземления.

При параллельном соединении единичных заземлителей имеет место эффект их взаимного 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 заземлители.

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 заземлителями,
H – глубина погружения вертикального глубинного электрода

Описание методики расчета

1. Определить требуемое (заданное) нормированное значение сопротивления заземляющего устройства «R».
2. Замерить сопротивление существующего заземляющего устройства «R1», включая естественные и искусственный заземлители, требующие модернизации.
3. Забить первый (пробный) вертикальный электрод заземления глубиной 20 м (комплект из 13 стержней 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.
6. Проверить результаты расчета замером сопротивления, объединив вместе существующий заземлитель и пробный вертикальный электрод.
7. Рассчитать необходимое сопротивление «R3» дополнительного заземлителя (помимо первого пробного электрода), достаточное для приведения заземляющего устройства к норме.
8. Рассчитать необходимое количество вертикальных глубинных электродов заземления «N», дополнительно 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.
9. 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.

Описанный выше расчет реализован в компьютерной программе и представлен здесь в форме калькулятора.

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.

Распечатать

Удельное сопротивление грунта и сопротивление грунта для сухого и влажного грунта

В моделировании Cymgrd использовалась двухслойная модель грунта [20] для расчета сопротивления грунта, повышения потенциала земли и других соответствующих параметров. Для моделирования сопротивления заземления, ступенчатого потенциала и потенциала прикосновения масса тела, толщина поверхностного слоя, удельное сопротивление поверхностного слоя и продолжительность удара были приняты равными 70 кг, 0,2 м, 2500 Ом · м и 0,5 с соответственно. Эти значения были выбраны согласно стандарту IEEE [20].Модель двухслойной почвы обычно представлена ​​верхним слоем почвы конечной глубины х , расположенным над нижним слоем бесконечной глубины. На этапе моделирования кажущееся сопротивление рассчитывалось по уравнению, приведенному в [19]. В процессе моделирования измеренные значения удельного сопротивления грунта из таблицы 1 сначала вводились в программное обеспечение, из которого программное обеспечение сгенерировало график удельного сопротивления и длины после отбрасывания сомнительных точек данных, как показано на рис.4. Та же процедура была проведена для элементов данных удельного сопротивления почвы в Таблице 4, и в этом случае был получен результирующий график удельного сопротивления и длины, как показано на Рис. 5. Отчеты об анализе грунта показаны в Таблице 5 и Таблице 6 в влажные и сухие почвы соответственно, где входные параметры были заданы (для программы) согласно стандарту IEEE, а выходные параметры были получены в результате.

Фиг.4 Таблица 4 Измеренное сопротивление заземления на сухой почве Фиг.5 Таблица 5 Отчет по анализу сетки для влажной почвы Таблица 6 Отчет по анализу сетки для сухой почвы

Как показано в таблице 5, рассчитанные значения удельного сопротивления верхнего и нижнего слоев составляют 26,19 и 47,13 Ом · м соответственно. Кроме того, среднеквадратичная ошибка, максимально допустимые потенциалы прикосновения и шага равны 0%, 903,32 и 2947,19 В соответственно. Среднеквадратичная ошибка 0% представляет более высокую точность между измеренным и моделированным удельным сопротивлением почвы.В случае сухой почвы (показано в Таблице 6) среднеквадратичная погрешность, максимально допустимые потенциалы касания и шага составляют 4,92%, 671,58 и 2194,17 В соответственно. Из этих сравнений видно, что среднеквадратичная ошибка, ступенчатый и контактный потенциалы немного больше в случае сухой почвы. При моделировании глубина заглубления сетки в почву со стержнями и без них принималась равной 0,5 м для определения параметров, связанных с грунтом. Отчеты об анализе сетки (со стержнями и без них) для влажных и сухих почв показаны в Таблице 7 и Таблице 8, соответственно.Из Таблицы 3 и Таблицы 7 видно, что минимальные значения измеренного и рассчитанного (имитационного) сопротивления заземления с применением сетки со стержнями для влажного грунта составляют 7,08 и 7,24 Ом соответственно. В этом случае смоделированное сопротивление заземления очень близко к измеренному сопротивлению заземления. Для сухого грунта с применением заземляющей сетки без стержней минимальные значения измеренного и расчетного сопротивления заземления оказываются равными 34,5 и 27.87 Ом, соответственно, как показано в Таблице 4 и Таблице 8. В этом случае разница между измеренным и расчетным сопротивлением грунта немного больше по сравнению со значениями влажного грунта. Эта разница возникает из-за более высоких значений удельного сопротивления почвы на этом участке.

Таблица 7 Отчет по анализу сетки со стержнями для влажной почвы Таблица 8 Отчет по анализу сетки без стержней для сухого грунта

Полоса с цветовой кодировкой, полученная при моделировании сетки со стержнями для влажной почвы, показана на рис.6. Область, окрашенная между зеленым и голубым цветом на полосе, означает, что значения потенциалов прикосновения в этой области составляют менее 25% от максимально допустимого потенциала прикосновения 667,42 В. На другой стороне полосы окрашенная область между фиолетовым и красным означает, что значения потенциалов прикосновения в этой области превышают 75% максимально допустимого потенциала прикосновения. Область, превышающая 100% максимально допустимого потенциала прикосновения, представляет собой небезопасное состояние.Область фиолетового цвета около 75% представляет поверхностный потенциал, который характеризует безопасную систему заземления. Такое же объяснение можно дать в случае сетки без стержней, как показано на шкале с цветовой кодировкой на рис. 7. Максимально допустимый потенциал касания для сетки без стержней для сухой почвы составляет 671,85 В, что немного выше, чем у сетки со стержнями для мокрый грунт. Однако потенциалы касания для решеток со стержнями и без них составляют приблизительно 2,6 и 11,5 кВ для влажных и сухих почв соответственно, как показано на контурных кривых, приведенных на рис.8 и 9. Потенциал касания сетки без стержней для сухой почвы оказался намного больше, чем у сетки со стержнями для влажной почвы, и это был ожидаемый результат. Графики потенциальных профилей сетки со стержнями и без стержней для влажных и сухих грунтов показаны на рис. 10 и 11 соответственно. Повышение потенциала земли (GPR) сетки со стержнями для влажной почвы составляет 7432,08 В, тогда как это значение составляет 28522,10 В для сетки без стержней для сухой почвы, как показано в Таблице 7 и Таблице 8, соответственно.Чрезвычайно высокий уровень георадара для участков с сухой почвой достигается благодаря высокому сопротивлению грунта.

Рис.6

Цветовая кодировка сетки для влажной почвы

Рис.7

Цветовая кодировка решетки для сухой почвы

Рис.8

Контурные графики потенциала касания сетки для влажного грунта

Рис.9

Контурные графики потенциала касания сетки для сухого грунта

Фиг.10

Профиль потенциалов сетки для влажного грунта

Рис.11

Профиль потенциалов сетки для сухого грунта

AMPP Store – Расчет и отслеживание изменения удельного сопротивления почвы в коридорах с высоким переменным током

Доступно для скачивания