Сопротивление многослойной земли

При расчёте заземлителей обычно принимают допущения, что земля во всем своем объеме однородна, то есть в любой точке обладает одинаковым удельным сопротивлением ,

В действительности земля имеет слоистое строение, хотя в большинстве случаев явно выраженных границ между слоями нет. Слои земли расположены практически горизонтально и представляют собой грунты различного рода, с разным минеральным составом, разной структурой, пористостью, плотностью и температурой, а также с различным содержанием влаги, солей и пр. Поэтому удельные сопротивления различных слоев земли неодинаковы и мо­гут значительно отличаться друг от друга. Обычно верхние слои имеют большее удельное сопротивление, по сравнению с нижележа­щими. В отдельных случаях бывает наоборот, например, когда под поверхностью земли находятся горные породы, обладающие, как правило, весьма малой проводимостью.

Кроме того, значение верхних слоев земли колеблется в течение года, причем в значительных пределах в связи с измене­нием погодных условий, влекущих за собой изменение температуры грунта, содержания в нем влаги, солей и т.п. Эти изменения принято называть сезонными, а толщину слоя земли, подверженного сезонным изменениям, принято называть слоем сезонных измене­ний и обозначать буквой .

Глубоко лежащие слои земли, как менее подверженные воздей­ствию погодных условий, имеют обычно незначительные сезонные колебания удельного сопротивления.

В последние годы все шире начинает внедряться в практику метод расчёта заземлителей, при котором условно принимается, что земля имеет два слоя, обладающих каждый своим удельным соп­ротивлением и (рис.13.1).

При этом верхний слой подвержен непосредственному воздействию погодных условий и его удельное сопротивление имеет значительные сезонные колебания, ко­торые подлежат учёту при расчётах заземлителей.

Рис.13.1. Двухслойная модель земли.

и - удельные сопротивления соответственно верхнего и нижнего слоев земли;

- мощность (толщина) верхнего слоя;

Учёт неоднородности земли, то есть наличия в ней горизонтальных слоев с разными сопротивлениями значительно усложняет расчёт заземлителей. С другой стороны, учёт слоистости зем­ли значительно повышает точность расчёта заземлителей и, следо­вательно, удешевляет их сооружение.

Удельное сопротивление земли определяется методом зондирования с помощью контрольного зонда (электрода) - сплошного стержня или трубы диаметром 4-5 см с острым наконечником. При глубоком зондировании (4 - 5 м и более) целесообразно в качестве контрольного электрода использовать прутковую сталь диаметром не менее 10 мм. Контрольный зонд погружается в землю вертикально. После погружения зонда измеряется его сопротивление растеканию тока , Ом при данной глубине его погружения, то есть длине погруженной в землю части зонда ,м. Затем для значения вычисляется измеренное удельное сопротивление земли, соответствующее данной глубине погружения зонда, ;

(13.1)

где d – диаметр зонда, м.

Формула (13.1) получена из формулы для вычисления сопротивления стержневого заземлителя круглого сечения;

(13.2)

Сезонные изменения удельного сопротивления учитываются с помощью так называемого коэффициента сезонных изменений, зна­чение которого зависит от климатической зоны данной местности и состояния (увлажненности) земли во время измерений. Климатическая зона определяется по таблице 13.1, после чего по таблице 13.2 определяется толщина слоя сезонных изменений и коэффициент сезонности .

Расчётные значения удельного сопротивления верхнего слоя грунта, то есть лежащего в пределах , определяются путем умножения вычисленных по (3) на коэффициент :

(13.3)

Все остальные слои (лежащие ниже Н_с) считаются не подверженными сезонным изменениям, поэтому их расчётные значе­ния оказываются равными измеренным, то есть

= (13.4)

Таблица 13.1