А. Стекание тока в землю через одиночные заземлители

Одиночный проводник, находящийся в контакте с землей, называется одиночным заземлителем. Одиночные заземлители различаются формой, размерами и способами осуществления контакта с землей.

Распределение потенциалов на поверхности земли (потенциальная кривая) имеет свои особенности для:

• шарового заземлителя, находящегосяся  в земле на большой глубине;

• шарового заземлителя вблизи поверхности земли;

• полушарового заземлителя;

• стержневого заземлителя;

• дискового заземлителя.

Потенциальная кривая заземлителя любой формы на относительно большом от него расстоянии (по сравнению с размерами заземлителя) приближается к потенциальной кривой полушарового заземлителя и описывается уравнением, В (х – расстояние от заземлителя, м):

Важно отметить также и то, что потенциал земли на расстоянии свыше 20 м от заземлителя любой формы, как и в случае полушарового заземлителя, при небольших токах, стекающих с заземлителя, можно считать практически равным нулю.

В. Сопротивление растеканию тока одиночного заземлителя

Сопротивление заземлителя растеканию тока. Ток, проходящий через заземлитель в землю, преодолевает сопротивление, называемое сопротивлением заземлителя растеканию тока или просто сопротивлением растекания. 

Оно имеет три слагаемых:

• сопротивление самого заземлителя;

• переходное сопротивление между заземлителем и грунтом (т. е. контактное сопротивление между поверхностью заземлителя и прилегающими к ней частицами земли);

• сопротивление грунта.

Два первых слагаемых по сравнению с третьим малы, поэтому под сопротивлением заземлителя растеканию тока понимают сопротивление грунта растеканию тока.

Поскольку плотность тока в земле на расстоянии больше 20 м от заземлителя практически равна нулю, можно считать, что сопротивление стекающему току оказывает лишь соответствующий объем земли; для одиночного заземлителя это  полусфера радиусом 20 м. Однако при разных формах и размерах заземлителя сопротивление этого объема земли различно.

Поэтому выражения для  вычисления сопротивлений растеканию тока одиночных заземлителей различной формы имеют свои особенности:

• Сопротивление растеканию тока одиночного шарового заземлителя;

• Сопротивление растеканию тока полушарового заземлителя;

• Сопротивление растеканию тока одиночных заземлителей других типов.

До сих пор, рассматривая явления стекания тока в землю, мы считали, что земля во всем своем объеме однородна, т. е. в любой точке обладает одинаковым удельным сопротивлением  , Омм.. В действительности земля имеет слоистое строение и реально необходимо определять  сопротивления заземлителей растеканию тока в многослойных грунтах.

С. Электрические свойства грунтов

Электрическое сопротивление земли

Земля является плохим проводником электрического тока: проводимость ее в несколько миллиардов раз меньше проводимости металлов.

Грунт представляет собой дисперсное пористое тело, состоящее из трех частей: твердой, жидкой (связаннная вода и свободная вода) и газообразной (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Схематичная структура грунта

          1— твердая часть; 2 — связанная вода;

           3 — свободная вода;

           4 — газообразная часть (воздух, пары воды)

Электрическое сопротивление грунта характеризуется его объемным удельным сопротивлением  , т. е. сопротивлением куба грунта с ребром длиной 1 м. Единицей объемного удельного сопротивления является Ом на метр (Ом х м).

Значение  земли колеблется в широких пределах: от десятков до тысяч Ом на метр. Оно зависит от многих факторов, в том числе от:

• влажности,

• температуры,

• рода грунта,

• степени его уплотненности,

• от времени года.

Измерение удельного сопротивления грунта. При проектировании заземляющего устройства необходимо знать  грунта в том месте, где будет сооружаться заземление. Пользоваться для этой цели данными таблиц нельзя, так как в них приводятся ориентировочные значения , которые могут отличаться от истинных в десятки и сотни раз.

Удельное сопротивление однородной земли

Удельное сопротивление однородной земли определяется методом разового (или глубокого) зондирования (иначе этот метод называется методом простого пробного электрода) с помощью контрольного зонда в два этапа. Вначале контрольный зонд — стержневой электрод в виде сплошного стержня или трубы диаметром d=4–5 см с острым наконечником — погружается в землю вертикально до глубины l, м предполагаемого заложения заземлителей так, чтобы верхний его конец возвышался над землей, и замеряется его сопротивление растеканию R_изм, Ом.

Затем  определяется искомое  измеренное удельное сопротивление земли, Ом*м по формуле для расчета стержневого заземлителя:

                                                                              (2.49)

Для большей точности измерений контрольный зонд погружают в землю не менее чем в трех – четырех местах исследуемой площадки