Сопротивление грунта и заземление
Удельное сопротивление грунта – это главный параметр, который влияет на конструкцию заземляющего устройства: количество и длину заземляющих электродов. Физически оно равняется электрическому сопротивлению, которое грунт оказывает току при прохождении им расстояния между противоположными гранями условного куба объёмом 1 куб. м.; размерность Ом*м. Удельное сопротивление зависит от многих факторов: состава и структуры грунта, его плотности, влажности, температуры, наличия примесей – солей, кислот, щелочей. Все эти параметры изменяются в течение года, поэтому соответствующим образом меняется и сопротивление грунта. Данный факт нужно учитывать при проведении замеров, расчётов, а также при измерении сопротивления растеканию смонтированного заземляющего устройства.
Сопротивление грунта и сопротивление заземления
Чем ниже значение удельного сопротивления грунта, тем лучше электрический ток растекается в среде, и тем меньше получится сопротивление заземляющего устройства.
Низкое сопротивление заземления обеспечивает поглощение грунтом токов повреждений, токов утечки и молниевых токов, что предотвращает их нежелательное протекание по проводящим частям электроустановок и защищает контактирующих с ними людей от поражения электрическим током, а оборудование — от помех и нарушений работы. Заземляющее устройство обязательно должно быть дополнено правильно организованной системой уравнивания потенциалов.
Такие объекты, как жилой дом и линия электропередачи не требуют столь низкого сопротивления заземления, как, например, подстанции и сооружения с большим объёмом информационного и коммуникационного оборудования: ЦОД, медицинские центры и объекты связи. Более низкое сопротивление заземляющего устройства можно обеспечить растеканием тока с большего количества электродов, при том что высокое сопротивления грунта приводит к ещё большему увеличению габаритов заземлителя.
Норма сопротивления заземляющего устройства определяется ПУЭ 7 изд. раздел 1.7. – для электроустановок разных классов напряжения, пункты 2.
5.116-2.5.134 – для линий электропередачи, а также другими отраслевыми стандартами и документацией к аппаратам и приборам.
Удельное сопротивление преимущественно зависит от типа грунта. Так, «хорошие» грунты, обладающие низким сопротивлением – это глина, чернозём (80 Ом*м), суглинок (100 Ом*м). Сопротивление песка сильно зависит от содержания влаги и колеблется от 10 до 4000 Ом*м. У каменистых грунтов оно легко может достигать нескольких тысяч Ом*м: у щебенистых — 3000-5000 Ом*м, а у гранита и других горных пород — 20000 Ом*м.
Удельное сопротивление грунтов в России
Среднее удельное сопротивление часто встречающихся на территории России грунтов приведено в таблице на странице, посвященной удельному сопротивлению грунта
Принять тип грунта можно по карте почв на территории России (для просмотра карты в полном размере, щёлкните на ней).
Значения, приведённые в таблицах справочные и подходят только для ориентировочного расчёта в том случае, когда другая информация отсутствует.
Для того чтобы получить точное значение удельного сопротивления, необходимо проводить изыскательные работы. Замеры грунта проводятся в полевых условиях методом амперметра-вольтметра, а также путем измерения инженерно-геологических элементов (ИГЭ), проведенных на разной глубине методом вертикально электрического зондирования (ВЭЗ). Значения, полученные этими двумя способами, могут значительно отличаться, также, как отличаются характеристики грунта незначительно удаленных точек на местности. Поэтому, чтобы исключить ошибку в расчетах необходимо брать максимальный из результатов этих двух методов при приведении к однослойной расчётной модели. Если для расчётов необходимо привести грунт к двухслойной модели, то использовать можно только метод ВЭЗ.
Сезонное изменение сопротивления грунта и его учёт
Для учёта сезонных изменений и влияния природных явлений «Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной связи и радиотрансляционных узлов» оперирует коэффициентом промерзания, который предписывается определенной климатической зоне России и коэффициентом влажности, учитывающим накопленную грунтом влагу и количество осадков, выпавших перед измерением.
РД 153-34.0-20.525-00 при определении сопротивления заземляющего устройства подстанций использует сезонный коэффициент.
При пропитывании почвы водой, удельное сопротивление может снижаться в десятки раз, а при промерзании в разы увеличиваться. Поэтому, в зависимости от того, в какое время года были выполнены измерения, необходимо учитывать данные коэффициенты.
Это позволит предотвратить превышения нормы заземляющего устройства в результате изменений удельного сопротивления; нормируемое значение в соответствии с ПУЭ 7 изд. должно обеспечиваться при самых неблагоприятных условиях в любое время года.
При увеличении габаритов заземляющего устройства влияние сезонных изменений значительно снижается. Если заземлитель имеет горизонтальные размеры порядка 10 метров, то его сопротивление в течение года может изменяться в десятки и сотни раз, тогда как сопротивление заземлителя габаритами 100-200 метров изменяется всего лишь в 2 раза. Это связано с тем, что глубина растекания тока соизмерима с габаритами горизонтального заземлителя.
Таким образом, распространенная в горизонтальном направлении конструкция действует на глубинные слои почвы, часто обладающие низким удельным сопротивлением в любое время года.
“Сложные грунты” с высоким удельным сопротивлением
Некоторые типы грунта имеют крайне высокое удельное сопротивление. Его значение для каменистых грунтов достигает нескольких тысяч Ом*м при том, что организация заземляющего устройства в такой среде связана с множеством трудностей – значительными затратами материалов и объёмами земляных работ. Из-за твердых включений практически невозможно использовать вертикальные электроды без применения бурения. Пример заземления в условиях каменистого грунта приведён на странице.
Возможно, ещё более сложный случай – это вечномерзлый грунт. При понижении температуры удельное сопротивление резко возрастает. Для суглинка при +10 С° оно составляет около 100 Ом*м, но уже при -10 С° может достигать 500 – 1000 Ом*м.
Глубина промерзания вечномерзлого грунта бывает от нескольких сот метров до нескольких километров, при том что в летнее время оттаивает лишь верхний слой незначительной толщины: 1-3 м. В результате круглый год вся зона эффективного растекания тока будет иметь значительное удельное сопротивление – порядка 20000 Ом*м в вечномерзлом суглинке и 50000 Ом*м в вечномерзлом песке. Это чревато организацией заземляющего устройства на огромной площади, либо применением специальных решений, например, таких как электролитическое заземление. Для наглядного сравнения, пройдя по ссылке, можно посмотреть расчёт в вечномерзлом грунте.
Решения по достижению необходимого сопротивления
Традиционные способы
В хороших грунтах, как правило, устанавливается традиционное заземляющее устройство, состоящее из горизонтальных и вертикальных электродов.
Использование вертикальных электродов несет важное преимущество. С увеличением глубины удельное сопротивление грунта «стабилизируется». В глубинных слоях оно в меньшей степени зависит от сезонных изменений, а также, благодаря повышенному содержанию влаги, имеет более низкое сопротивление.
Такая особенность очень часто позволяет значительно снизить сопротивление заземляющего устройства.
Горизонтальные электроды применяются для соединения вертикальных, также они способствуют ещё большему снижению сопротивления. Но могут использоваться и в качестве самостоятельного решения, когда монтаж вертикальных штырей сопряжен с трудностями, либо когда необходимо организовать заземляющее устройство определенного типа, например, сетку.
Нестандартные способы
В тяжелых каменистых и вечномерзлых грунтах монтаж традиционного заземления сопряжен с рядом проблем, начиная сложностью монтажа из-за специфики местности, заканчивая огромными размерами заземляющего устройства (соответственно – большими объемами строительных работ), необходимыми для соответствия его сопротивления нормам.
В условиях вечномерзлого грунта также имеет место такое явление как выталкивание, в результате которого горизонтальные электроды оказываются над поверхностью уже через год.
Чтобы решить эти проблемы, специалисты часто прибегают к следующим мерам:
- Замена необходимых объёмов на грунт с низким удельным сопротивлением (несет ограниченную пользу в случае вечномерзлого грунта, т.
к. грунт замены также промерзает). Объемы такого грунта часто очень велики, и не всегда приводят к ожидаемым результатам, т.к. зона действия заземлителя вглубь практически равна его горизонтальным размерам, поэтому влияние верхнего слоя может быть незначительным. - Организация выносного заземлителя в очагах с низким удельным сопротивлением, что позволяет установить заземлитель на удалении до 2 км.
- Применение специальных химических веществ – солей и электролитов, которые снижают удельное сопротивление мерзлого грунта. Данное мероприятие необходимо проводить раз в несколько лет из-за процесса вымывания.
к. грунт замены также промерзает). Объемы такого грунта часто очень велики, и не всегда приводят к ожидаемым результатам, т.к. зона действия заземлителя вглубь практически равна его горизонтальным размерам, поэтому влияние верхнего слоя может быть незначительным.Одним из наиболее предпочтительных решений в тяжелых условиях является электролитическое заземление, оно сочетает химическое воздействие на грунт (снижение его удельного сопротивления) и замену грунта (уменьшение влияния промерзания). Электролитический электрод наполнен смесью минеральных солей, которые равномерно распределяются в рабочей области и снижают её удельное сопротивление.
Данный процесс стабилизируется с помощью околоэлектродного заполнителя, который делает процесс выщелачивания солей равномерным. Применение электролитического заземления позволяет избежать проблем организации традиционного заземляющего устройства, значительно уменьшает количество оборудования, габариты заземлителя и объёмы земляных работ.
Заключение
При проектировании заземляющего устройства необходимо иметь достоверные данные об удельном сопротивлении грунта на месте строительства. Точную информацию можно получить только с помощью изысканий и измерений на местности, но по разным причинам бывает, что возможности их провести нет. В таком случае можно воспользоваться справочными таблицами, но стоит принять во внимание, что расчёт будет носить ориентировочный характер.
Независимо от того, каким образом получены значения удельного сопротивления, нужно внимательно рассматривать все влияющие факторы. Важно учесть пределы, в которых удельное сопротивление может меняться, чтобы сопротивление заземляющего устройства никогда не превышало норму.
Смотрите также:
- Пример расчета: как выполнить заземление в вечномерзлом грунте?
- Статья от профессора Э. М. Базеляна “Заземление в молниезащите”
- Что такое грозоизолятор и как он работает?
- Полезные материалы для проектировщиков: статьи, рекомендации, примеры
- Таблица удельного сопротивления грунта
Смотрите также:
Удельное сопротивление грунта и воды | Электрическая часть электростанций | Архивы
Страница 108 из 111
Основной величиной, которая вводится в расчет заземления и от которой зависят конструкции заземления, является удельное сопротивление грунта.
Удельное сопротивление грунта (в Ом. см или Ом-м) — это сопротивление между сторонами куба с ребром 1 см (или 1 м)
где R — сопротивление указанного объема грунта, Ом; F — сечение этого объема, см2 или м2; 1 — длина, см или м.
При этом подразумевается, что куб находится в грунте и р не есть сопротивление вынутого из грунта куба образца.
Удельное сопротивление меди при 20 °С, равное 0,0175 X X 10“6 Ом.м, меньше удельного сопротивления осредненного грунта, равного 100 Ом-м, в 5,7.10+9 раз.
Для приближенных расчетов можно пользоваться следующими осредненными значениями удельного сопротивления разных грунтов (Ом- м):
Свинцовый блеск 0,01
Серный и медный колчедан 0,1
Магнитный железняк 1,0
Кокс измельченный и спрессованный 2,5
Глина 10—40
Торф 20
Чернозем, садовая земля 30—50
Пахотная земля с глиной 50
Суглинок 80
Смешанный грунт, пахотная земля с глиной, бетон во влажной почве 100
Супесок речной, влажный, лед грязный .
.. 300Каменный уголь 350
Песок влажный 100—500
Песок сухой 1000—2500
Гравий, щебень 2000
Каменистые почвы, сулой бетон, балласт … 4000 Гранит, известняк, песчаник, кварцит 100 000 и более
Удельное сопротивление различных вод имеет следующие осредненные значения (Ом-м):
Морская вода 0,2—1,0
Днепр 12
Вода в торфяной земле 15—20
Сена 16
Волга 20
Рейн 20—40
Ключевая вода 40
Вода в прудах 50
Грунтовая вода 20—70
Водопровод (Москва) 70
Нева 60—100
Водопровод (Ленинград) 100
Волхоз ; 100
Свирь 300
Мамакан 330
Нива 550
Теребля и Рика, реки в каменистых почвах Кольского полуострова 6000—10 000
Дистиллированная вода, дождевая вода 1 000 000
Значения удельного сопротивления почвы (Ом-м) в зависимости от содержания влаги в ней W (% по массе) при температуре 17 °С таковы:
W |
. |
5 |
7,5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
р. |
. 2500 |
1650 |
1000 |
530 |
190 |
120 |
85 |
64 |
2,5Температура (при постоянной влажности 15 %) влияет на удельное сопротивление грунта следующим образом:
t.° С … |
20 |
10 |
0 (вода) |
0 (лед) |
—5 —15 |
р, Ом-м |
. |
99 |
138 |
300 |
790 3300 |
72Электропроводность промерзшей грунтовой системы может изменяться за счет миграции воды, направленной к фронту промерзания.
Влияние солей (в процентах массы влаги) при постоянной влажности 15 % и температуре 17 °С на удельное электрическое сопротивление грунта таково:
Содержание солей, % |
|
0 |
0,1 |
1 |
5 |
10 |
20 |
Значение р, Ом-м |
|
107 |
18 |
4,6 |
1,9 |
1,3 |
1 |
Насыщение грунта солью свыше 5 % становится менее эффективным.
- Назад
- Вперед
Online Electric | Веб-сервис в сфере электроэнергетики и электротехники
Начинаете свою деятельность в сфере проектирования электроснабжения? Возникли сложности с расчетами по электроэнергетике и электротехнике? Свяжитесь с репетитором по электроэнергетике! Бот Яша подскажет как найти нужный онлайн расчет или базу данных на сайте “Онлайн Электрик”.
Сервис «Онлайн Электрик»Автоматизация решений электротехнических задач, возникающих при проектировании, монтаже, оптимизации и эксплуатации систем электроснабжения. Подробнее о насВозможностьразвития систем электроснабжения Надежностьдля всех категорий электропотребителей Экономичностьна основе энергосбережения Безопасностьэлектрических сетей и электрооборудования События, новости и фактыСледите за новостями в сфере электроэнергетики.
СервисыМы разработали большое количество инструментов для укрощения электрической энергии. Интерактивные модулидля расчетов на этапах проектирования, оптимизации, монтажа и эксплуатации систем электроснабжения База данныхпо электрическим сетям и электрооборудованию Виртуальная лабораторияшкольнику, студенту и специалисту Вызов электрикаближайшего к вам по геопозиции Пользователей нашими сервисами Онлайн расчета для автоматизации ваших процессов Академических часов ежегодно, включая дистанционное обучение Электриков в нашей команде, готовых прийти к вам на помощь Мы всегда на связиВозникли вопросы? Свяжитесь с нами любым удобным способом! Свяжитесь с нами Проекты,которые мы реализовали.
|
01.2022
12.2017
Испытание удельного сопротивления почвы
Что такое испытание удельного сопротивления почвы?Измерение удельного сопротивления грунта — это процесс измерения объема грунта для определения проводимости грунта. Результирующее удельное сопротивление грунта выражается в ом-метрах или ом-сантиметрах.
Испытание удельного сопротивления грунта является наиболее важным фактором при проектировании электрического заземления.
Это верно при обсуждении простых электрических схем, специальных систем заземления с низким сопротивлением или гораздо более сложных вопросов, связанных с исследованиями повышения потенциала заземления (GPR). Хорошие модели грунта являются основой всех проектов заземления и разрабатываются на основе точных испытаний удельного сопротивления грунта.
4-точечный метод Веннера на сегодняшний день является наиболее часто используемым методом измерения удельного сопротивления грунта. Существуют и другие методы, такие как общий метод и метод Шлюмберже, однако они редко используются для проектирования заземления и лишь незначительно различаются по расположению датчиков по сравнению с методом Веннера.
Удельное электрическое сопротивление — это измерение удельного сопротивления данного материала. Оно выражается в ом-метрах и представляет собой сопротивление, измеренное между двумя пластинами, покрывающими противоположные стороны куба со стороной 1 м.
Этот тест на удельное сопротивление грунта обычно проводится на необработанных участках земли во время проектирования и планирования систем заземления, характерных для испытываемого участка.
При испытании удельного сопротивления грунта четыре (4) датчика размещаются на одинаковом расстоянии, чтобы примерно определить глубину залегания испытываемого грунта. Типичные интервалы составляют 1 фут, 1,5 фута, 2 фута, 3 фута, 4,5 фута, 7 футов, 10 футов и т. д., при этом каждый интервал увеличивается по сравнению с предыдущим примерно в 1,5 раза, до максимального расстояния, равного соизмеримо с 1-3-кратным максимальным диагональным размером проектируемой системы заземления, в результате чего максимальное расстояние между внешними токоведущими электродами составляет от 3 до 9раз больше максимального диагонального размера будущей системы заземления. Это один «проход» или набор измерений, который обычно повторяется, хотя и с более короткими максимальными интервалами, несколько раз вокруг места под прямым углом и по диагонали друг к другу для обеспечения точных показаний.
Основная предпосылка испытания удельного сопротивления грунта заключается в том, что датчики, расположенные на расстоянии 5 футов по земле, будут считывать 5 футов в глубину. То же самое верно, если вы разместите датчики на расстоянии 40 футов по земле, вы получите средневзвешенное сопротивление почвы от 0 до 40 футов в глубину и все точки между ними. Эти необработанные данные обычно обрабатываются с помощью компьютерного программного обеспечения для определения фактического удельного сопротивления грунта в зависимости от глубины.
Проведение четырехточечного (или четырехштырькового) измерения удельного сопротивления грунта по Веннеру Ниже описано, как выполнить один «ход» или набор измерений. Как указывает «4-точечный», тест состоит из 4 штырей, которые необходимо вставить в землю. Два внешних контакта называются датчиками тока, C1 и C2. Это зонды, которые подают ток в землю. Два внутренних датчика — это потенциальные датчики, P1 и P2. Это датчики, которые измеряют фактическое сопротивление почвы.
На приведенной ниже схеме установки Веннера для четырехточечного измерения зонд C1 вводится в землю в углу измеряемой области. Зонды P1, P2 и C2 приводятся в движение на расстоянии 5 футов, 10 футов и 15 футов соответственно от стержня C1 по прямой линии для измерения удельного сопротивления грунта на глубине от 0 до 5 футов. C1 и C2 — внешние датчики, а P1 и P2 — внутренние датчики. В этот момент на щупы C1 и C2 подается известный ток, а результирующее напряжение измеряется на щупах P1 и P2. Затем можно применить закон Ома для расчета измеренного кажущегося сопротивления.
Датчики C2, P1 и P2 затем можно перемещать на расстояние 10, 20 и 30 футов для измерения сопротивления грунта на глубине от 0 до 10 футов. Продолжайте перемещать три зонда (C2, P1 и P2) от C1 через равные промежутки времени, чтобы приблизить глубину измеряемого грунта. Обратите внимание, что на характеристики электрода может влиять удельное сопротивление грунта на глубинах, которые значительно больше, чем глубина электрода, особенно для обширных горизонтальных электродов, таких как водопроводные трубы, фундаменты зданий или заземляющие сетки.
Существует два основных типа измерителей сопротивления почвы: низкочастотные и высокочастотные модели. Оба типа измерителей могут использоваться для 4-х и 3-х точечного тестирования, и даже могут использоваться в качестве стандартного (2-точечного) вольтметра для измерения обычного удельного сопротивления грунта.
Всегда следует проявлять осторожность при выборе измерителя сопротивления почвы, поскольку электроника, участвующая в фильтрации сигналов, является узкоспециализированной. Говоря электрически, земля может быть шумным местом. Воздушные линии электропередач, электрические подстанции, железнодорожные пути, различные передатчики сигналов и многие другие источники вносят свой вклад в сигнальный шум, присутствующий в любом заданном месте. Гармоники, фоновый шум частотой 60 Гц и связь с магнитным полем могут исказить сигнал измерения, в результате чего показания кажущегося удельного сопротивления грунта будут на порядок больше, особенно при большом расстоянии друг от друга.
Выбор оборудования с электронными блоками, способными различать эти сигналы, имеет решающее значение.
Высокочастотные измерители сопротивления грунта обычно используют импульсы, работающие с частотой 128 импульсов в секунду, или с другой частотой импульсов, кроме 60. Эти высокочастотные измерители обычно не могут генерировать достаточное напряжение для обработки длинных перемещений, и их, как правило, не следует использовать. для расстояния между зондами более 100 футов. Кроме того, высокочастотный сигнал, протекающий в токоподводе, индуцирует шумовое напряжение в потенциальных выводах, которое невозможно полностью отфильтровать: этот шум становится больше, чем измеренный сигнал, по мере уменьшения удельного сопротивления грунта и увеличения расстояния между выводами. Высокочастотные измерители дешевле, чем их низкочастотные аналоги, и на сегодняшний день являются наиболее распространенными измерителями, используемыми для измерения удельного сопротивления грунта.
Низкочастотные измерители, которые на самом деле генерируют низкочастотные импульсы (порядка 0,5–2,0 секунды на импульс), являются предпочтительным оборудованием для испытания удельного сопротивления грунта, поскольку они устраняют проблему индукции, от которой изучают высокочастотные измерители.
страдать. Однако их покупка может быть очень дорогой. В зависимости от максимального напряжения оборудования низкочастотные измерители могут считывать показания с очень больших расстояний между датчиками и часто на расстоянии многих тысяч футов. Как правило, пакеты электронных фильтров, предлагаемые в низкочастотных измерителях, лучше, чем в высокочастотных измерителях. Следует проявлять осторожность при выборе надежного производителя.
После сбора всех данных об удельном сопротивлении грунта можно применить следующую формулу для расчета кажущегося удельного сопротивления грунта в ом-метрах.
Например, если кажущееся сопротивление почвы 4,5 Ом на расстоянии 40 футов, удельное сопротивление почвы в ом-метрах будет 344,7. На Рисунке 11 подробно показана вся формула удельного сопротивления грунта. Один ссылается на «кажущееся» удельное сопротивление, поскольку оно не соответствует фактическому удельному сопротивлению грунта. Эти необработанные данные должны быть интерпретированы подходящими методами, чтобы определить фактическое удельное сопротивление грунта.
Показания малой глубины, всего 6 дюймов, чрезвычайно важны для большинства, если не для всех, конструкций заземления. Как описано выше, более глубокие показания удельного сопротивления грунта фактически представляют собой средневзвешенные значения удельного сопротивления грунта от поверхности земли до глубины и включают все поверхностные показания сопротивления над ней. Хитрость при разработке окончательной модели грунта заключается в том, чтобы извлечь фактическое сопротивление грунта на глубине, а для этого необходимо «вычесть» верхние слои из глубинных показаний. На следующем рисунке показано, как самые мелкие показания влияют на более глубокие ниже него.
Как вы можете видеть на следующей диаграмме, если у вас есть показание 50 Ом-метров на 5 футах и показание 75 Ом-метров на 10-футах, фактическое удельное сопротивление почвы от 5 до 10 футов может быть 100 Ом-метров. (дело здесь в том, чтобы проиллюстрировать концепцию: для правильной интерпретации данных необходимы предварительно вычисленные кривые или компьютерное программное обеспечение).
То же самое справедливо и для больших расстояний между штифтами. Самые мелкие показания используются снова и снова для определения фактического удельного сопротивления на глубине.
Небольшие показания глубины 6 дюймов, 1 фут, 1,5 фута, 2 фута и 2,5 фута важны для проектирования заземления, поскольку заземляющие проводники обычно прокладываются на глубине от 1,5 до 2,5 футов ниже поверхности земли. Чтобы точно рассчитать, как эти проводники будут работать на этих глубинах, необходимо снять показания неглубокого грунта. Эти неглубокие показания становятся еще более важными, когда инженеры рассчитывают повышение потенциала заземления, напряжения прикосновения и шаговые напряжения.
Крайне важно, чтобы измерительные зонды и токоизмерительные зонды были погружены в землю на надлежащую глубину для получения показаний удельного сопротивления неглубокого грунта. Если зонды вбиты слишком глубоко, определение удельного сопротивления неглубокого грунта может оказаться затруднительным.
Эмпирическое правило заключается в том, что глубина проникновения потенциальных щупов не должна превышать 10 % расстояния между выводами, тогда как токовые щупы не должны проникать более чем на 30 % расстояния между выводами.
Часто тип используемого измерителя определяет максимальную глубину или расстояние, которое можно считать. Общее правило заключается в том, что высокочастотные измерители удельного сопротивления грунта подходят для измерений с расстоянием между штырьками не более 100 футов, особенно в грунтах с низким удельным сопротивлением. Для большего расстояния между штырьками требуются низкочастотные измерители удельного сопротивления грунта. Они могут генерировать необходимое напряжение, необходимое для прохождения сигнала через почву на больших расстояниях, и обнаруживать слабый сигнал, свободный от наведенного напряжения от вводов тока.
Место измерения удельного сопротивления грунта Испытание сопротивления грунта следует проводить как можно ближе к предлагаемой системе заземления с учетом физических элементов, которые могут привести к ошибочным показаниям.
Есть две (2) проблемы, которые могут привести к ухудшению качества показаний:
1. Электрические помехи, вызывающие нежелательные помехи сигнала, попадающие в счетчик.
2. Металлические предметы, «сокращающие» электрический путь от зонда к зонду. Эмпирическое правило заключается в том, что между измерительной траверсой и любыми параллельными заглубленными металлическими конструкциями должен сохраняться зазор, равный расстоянию между штифтами.
Очевидно, важно проводить испытания поблизости от рассматриваемого объекта; однако это не всегда практично. У многих электроэнергетических компаний есть правила относительно того, насколько близким должно быть испытание на сопротивление почвы, чтобы оно было действительным. Геология района также играет роль в этом уравнении, поскольку только на небольшом расстоянии могут существовать совершенно разные почвенные условия.
Если остается мало места или плохие условия для проведения надлежащего испытания удельного сопротивления грунта, следует использовать ближайшее доступное открытое поле с как можно более близкими геологическими условиями грунта.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Контакты называются C1, P1, P2 и C2. Напряжение подается между C1 и C2, а падение сопротивления измеряется между P1 и P2 (метод с 4 выводами).
Материал прозрачен для легкого визуального осмотра и очистки.
Материал прозрачен для легкого визуального осмотра и очистки.
00Инженеры-испытатели – Инженерно-строительные и консультационные услуги более 50 лет!
Коррозионно-активные почвы
Причины, последствия и смягчение последствий
Хоссейн Арбаби
ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ИНЖЕНЕРЫ, ИНК.
Почвы, как и любая окружающая среда, могут вызывать коррозию. Если бы мы использовали почву только для посадки цветов и деревьев, нам, вероятно, было бы все равно, но в ее нынешнем виде грязь под нашими ногами поддерживает всевозможные искусственные сооружения, и большая часть нашей коммунальной инфраструктуры похоронена в ней. В то время как воздействие коррозионного грунта может привести к разрушению конструкции и финансовому бремени, смягчающие меры, принимаемые во внимание при проектировании и строительстве, а также понимание коррозионного потенциала конкретного грунта могут свести к минимуму эти проблемы.
Начало строительного проекта может включать в себя земляные работы, засыпку, добавление модификаторов почвы, обезвоживание – любое количество процессов, которые предназначены для подготовки площадки к работе. Но какие факторы способствуют коррозионному потенциалу почвы? Основными контрольными показателями являются аэрация, содержание влаги (и/или время увлажнения), температура, pH и удельное сопротивление.
Ниже приводится более подробное описание того, каким образом каждый из вышеперечисленных факторов влияет на коррозионную активность почвы.
Аэрация Определяется как количество воздуха, попавшего в почву. Аэрация является важным фактором коррозии, поскольку она влияет на удержание воды и скорость испарения. Хорошо аэрированная почва более благоприятна с точки зрения (низкой) коррозионной активности, поскольку это обычно приводит к более низкому удержанию воды и более высокой скорости испарения. Размер и градация частиц в почве играют важную роль в определении степени аэрации. Песчаные почвы, как правило, желательны, так как относительно крупные частицы обеспечивают лучшую аэрацию и способствуют более высокой скорости испарения после того, как вода была введена в почву. Быстрый способ классифицировать почвы с точки зрения их аэрации — изучить их цвет. Красноватые, коричневые или желтые почвы указывают на хорошую аэрацию, а серые почвы — на плохую аэрацию.
рН (кислотность) – Почвы могут иметь широкий диапазон кислотности, достигающий от 2,5 до 10.
Поскольку уровень рН 5 или ниже может привести к чрезвычайной скорости коррозии и преждевременному точечной коррозии металлических предметов, нейтральный рН около 7 наиболее желательно свести к минимуму эту возможность повреждения. На собственный уровень pH почвы также могут влиять осадки.
Содержание влаги и удельное сопротивление Содержание влаги является более важным фактором коррозионной активности почвы, чем любая другая переменная. Поскольку вода является одним из трех компонентов, необходимых для электрохимической коррозии (двумя другими являются кислород и металл), коррозия не возникает, если почва полностью сухая. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что повышенное содержание влаги снижает удельное сопротивление грунтов, что, в свою очередь, увеличивает их коррозионный потенциал. Обратите внимание, что при достижении точки насыщения почвы дополнительная влага практически не влияет на удельное сопротивление.
Зависимость между удельным сопротивлением грунта, определенным классом грунта и коррозионной стойкостью оцинкованной стали представлена в следующей таблице.
Класс почвы | Коррозионная стойкость в | Удельное электрическое сопротивление, Вт -см |
Сэнди | Отлично | 6000 10000 |
Суглинки | Хорошо | 4 500 6 000 |
Глина | Ярмарка | 2000 4500 |
Торф/навоз | Плохой | 0 2000 |
Наоборот, взаимосвязь между удельным сопротивлением грунта и коррозионным потенциалом в стали без покрытия показана в таблице ниже.
Класс сопротивления стали без покрытия | Удельное сопротивление грунта, Ш -см | Потенциал коррозии |
Низкий | 0 – 2000 | Тяжелая |
Средний | 2000 – 10000 | Умеренная |
Высокий | 10000 – 30000 | Легкая |
Очень высокая | >30000 | Нет |
Температура Температура влияет на удельное сопротивление грунта и, как следствие, на коррозионный потенциал.
По мере приближения температуры почвы к 0°С удельное сопротивление в почве (при заданной влажности) постепенно увеличивается. Однако по мере того, как температура продолжает снижаться, возникает быстрое увеличение удельного сопротивления с соответствующим снижением коррозионного потенциала в грунте.
Другими факторами, которые могут влиять на коррозионную активность почвы, являются уровни сульфатов и солей. Обычно почвы считаются слабокоррозионными, если уровни сульфатов и хлоридов ниже 200 частей на миллион и 100 частей на миллион соответственно для почв с уровнями pH от 5 до 10 и удельным сопротивлением более 3000 Ом·см.
ПРИМЕР
Введение
Все мы видели в новостях прорыв водопровода, а они всегда происходят на каком-нибудь крупном перекрестке прямо в час пик! Трафик завязан. Бизнес потерян, миллионы галлонов воды потрачены впустую, и тысячи и тысячи долларов потрачены на устранение повреждений.
Наши подземные коммуникации постоянно подвергаются воздействию коррозии, а в некоторых случаях отказы связаны с коррозией и внешними воздействиями. В следующем тематическом исследовании описывается исследование отказа заглубленной чугунной трубы, которая треснула из-за такой комбинации.
Обнаружены утечки из подземной чугунной трубы диаметром 8, проложенной 15 лет назад. Чтобы исправить ситуацию, было снято и заменено 40 футов трубы. Сообщается, что типичное рабочее давление трубопровода составляет 125 фунтов на квадратный дюйм. Три фрагмента трубы были переданы в нашу лабораторию для оценки. Также был представлен образец грунта с участка, прилегающего к трубе.
Наблюдения
Фрагменты труб были визуально осмотрены и сфотографированы в нашей лаборатории. Ниже представлены общие виды интерьера и экстерьера типичного разреза, фото 1 и 2 соответственно. Темные пятна на внешней стороне трубы представляют собой характерную для чугуна форму коррозии, известную как графитизация.
Это будет обсуждаться более подробно в следующем разделе. Анализ химического состава и микроструктуры материала труб показал, что они соответствуют чугуну с типичным уровнем пористости.
Фото 3 представляет собой увеличенный вид внешней стороны трубы. Это показывает степень потери металла вблизи поверхности излома. Из визуальных наблюдений видно, что потеря металла ограничивается внешней стороной трубы, в то время как внутри были обнаружены следы коррозии только от легкой до умеренной. | Фото 3 |
Фото 4
Типичная поверхность излома с резкой потерей толщины стенки трубы из-за графитизационной коррозии представлена на Фото 4.
На Фото представлен грубо отполированный поперечный разрез с однотипной коррозией по всей стенке трубы (темная область обозначена стрелкой) 5.
Фото 5
Поскольку первичная коррозия и последующая потеря сечения были внешними, были изучены коррозионные свойства грунта. Образец почвы имел сероватый оттенок, что указывало на плохую аэрацию и потенциально высокую коррозионную активность. Прямое измерение pH почвы показало значение 4,5, что указывает на кислую почву. Кроме того, прямые испытания удельного сопротивления грунта с использованием четырехстержневого метода Веннера показали значение удельного сопротивления 1800 Вт·см, что относит грунт к коррозионно-активной категории.
Анализ коррозионных отложений на внешней стороне трубы с помощью энергодисперсионного рентгеновского излучения (EDX) показал высокую концентрацию серы в дополнение к меньшему количеству хлора.
Фото 6 представляет собой типичный спектр EDX, представляющий все найденные элементы.
Фото 6
Обсуждение
Представляет интерес сам механизм коррозии. Серый чугун используется для труб из-за присущей ему устойчивости к коррозии. Это сопротивление во многом связано с графитовой матрицей, которая образуется в процессе литья и переплетается с матрицей из чистого железа. Графитизационная коррозия возникает при воздействии на железо, окружающее графит. Пористая графитовая матрица остается нетронутой в виде черных пятен на поверхности трубы. Этот механизм коррозии, специфичный для серого чугуна, может создать ложный вид структурно прочного материала. К сожалению, пористый графит обладает малой прочностью и делает трубу склонной к растрескиванию при малых внешних напряжениях.
Как указывалось ранее, (графитизационная) коррозия в почвенной среде зависит от аэрации, содержания влаги, температуры, pH и удельного сопротивления.
Растворенные в почве компоненты также могут способствовать скорости коррозии. В этом случае измеренное низкое удельное сопротивление и низкий pH соответствуют коррозионной почве. Как только начнется утечка, содержание влаги в почве повысится, что значительно повысит коррозионный потенциал окружающей среды. Кроме того, сера, присутствующая на внешних поверхностях секции трубы, является убедительным признаком того, что коррозия также подвержена микробиологическому влиянию. Сера или соединения серы в почве могут способствовать росту сульфатредуцирующих или сероокисляющих бактерий, которые, в свою очередь, могут создавать химические условия, вызывающие графитизацию.
Как и в случае с атмосферной коррозией, степень повреждения из-за проблем с почвой может сильно различаться на относительно близком расстоянии. Это может быть связано с конкретными условиями в почве, допускающими дифференциальный дренаж, аэрацию, кислотность и / или удельное сопротивление.
Химический состав осколков типичен для чугунных труб, поэтому дефекты материала не являются вероятной причиной отказов.
Чугуны по своей природе хрупкие и более чувствительны к излому, чем кованые материалы. Из-за значительной коррозии и потери материала на внешней стороне трубы трещина, скорее всего, возникла в области уменьшенного поперечного сечения и могла быть вызвана внутренними силами (давление воды) или какой-либо внешней силой, включая, но не ограничиваясь близлежащими строительными работами, расширением и сужением грунта, эрозией и/или осадкой грунта, окружающего трубу.
Существует несколько методов предотвращения коррозии подземных труб, хотя большинство из этих методов применимы только для применения перед монтажом трубопровода. Для существующих подземных труб наиболее экономичным методом минимизации или устранения коррозии является катодная защита. Катодная защита предполагает использование расходуемых магниевых или цинковых анодов, соединенных с материалом трубы, который действует как катод. В агрессивных средах анод будет подвергаться коррозии, щадя катод (материал трубы).