1.3 Вплив розмірів електрода і глибини його заземлення
Вплив розміру: збільшення діаметра штиря зменшує опір заземлення незначно. Подвоєння діаметра знижує опір менше, ніж на 10% (див. рис.2). Вплив глибини заземлення штиря: опір заземлення зменшується із збільшенням глибини. Теоретично при подвоєнні глибини опір зменшується на 40%. Стандарт NEC (1987, 250-83-3) наказує заземлювати штир мінімум на 8 футів (2,4 м) для забезпечення доброго контакту з землею (див. рис.3). У більшості випадків штир, заземлений на 10 футів (3 м), задовольняє вимогам NEC.
Мінімальний діаметр сталевого штиря дорівнює 5/8 дюйма (1,59 см), а мідного або покритого міддю сталевого штиря - дорівнює 1/2 дюйма (1,27 см) (NEC 1987, 250-83-2).
На практиці мінімальний діаметр 3 м штиря заземлення дорівнює:
1/2 дюйма (1,27 см) для звичайного грунту,
5/8 дюйма (1,59 см) для сирого грунту,
3/4 дюйма (1,91 см) для твердого грунту або для штиря довше 10 футів.
1.4 Вплив питомого опору грунту на опір заземлення електрода
Наведена вище формула Дуайта показує, що опір заземлення залежить не тільки від глибини і площі поверхні електрода, але і від питомого опору грунту. Воно є головним чинником, який визначає опір заземлення і глибину заземлення штиря, яка буде потрібно для забезпечення малого опору. Питомий опір грунту сильно змінюється залежно від району земної кулі і пори року. Воно в значній мірі залежить від вмісту в грунті електропровідних мінералів і електролітів у вигляді води з розчиненими в ній і солями. Суха грунт, не містить розчинних солей, має високий опір (див. мал. 4).
Мал. 4
|
|
Питомий опір, Ом • см
| ||
|
грунту
|
Мин.
|
середнє
|
Макс.
|
|
Зольні грунту, шлаки, засолені грунти, пустельні |
590
|
2370
|
7000
|
|
Глини, глинисті сланці, мулиста, суглинок |
340
|
4060
|
16000
|
|
Ті ж з піском або гравієм |
1020
|
15 800
|
135000
|
|
Гравій, пісок, каміння з невеликою кількістю глини або суглинку |
59000
|
94000
|
458000
|
1.5 Фактори, що впливають на питомого опору грунту
Два типи грунту в сухому вигляді можуть стати фактично ізоляторами з питомим опором більше 109 Ом · см. Як можна бачити в таблиці на рис 5, опір зразка грунту змінюється вельми швидко при збільшенні вмісту вологи в ній приблизно до 20%.
Мал. 5
|
Вміст вологи,%
|
Питомий опір, Ом • см | |
|
Земля |
піщаний суглинок | |
|
0 |
>109 |
>109 |
|
2,5
|
250000
|
150000
|
|
5
|
165000
|
43000
|
|
10
|
53000
|
18500
|
|
15
|
19000
|
10500
|
|
20
|
12000
|
6300
|
|
30
|
6400
|
4200
|
Питомий опір грунту, також, залежить від температури. Рис. 6 показує, як змінюється питомий опір піщаного суглинку з вмістом вологи 12,5% при зміні температури від +20 до -15 ° С. Як можна бачити, питомий опір змінюється від 7200
до 330 000 Ом-сантиметрів.
Мал. 6
|
Температура, ° С
|
Температура по Фаренгейту, F
|
Питомий опір, Ом • см
|
|
20
|
68
|
7200
|
|
10
|
50
|
9900
|
|
0
|
32(вода)
|
13800
|
|
0
|
32(льод)
|
30000
|
|
-5
|
23
|
79000
|
|
-15
|
14
|
330000
|
Оскільки питомий опір грунту сильно залежить від температури і вмісту вологи, розумно вважати, що опір пристрою заземлення буде залежати від пори року. Такі зміни показані на рис.7. Оскільки стабільність температури грунту і вмісту в ній вологи поліпшується в міру віддалення від поверхні, то система заземлення буде ефективна в будь-який час, якщо штир вбитий на значну глибину. Відмінні результати виходять, коли штир досягає рівня води.
Мал. 7 Сезоні зміни опору заземлення водопровідної труби діаметром 3/4 дюйма в кам'янистому грунті. Крива 1 - заглиблення труби 3 фути, крива 2 - 10 футів.
У деяких випадках питомий опір грунту настільки велике, що для отримання низького опору заземлення потрібне складне пристрій і значні витрати. У цих випадках виявляється більш економічним використовувати заземлений штир невеликих розмірів і знижувати опір заземлення, періодично підвищуючи вміст розчинних речовин у грунті навколо електрода. Малюнок 8 показує істотне зменшення опору піщаного суглинку при збільшенні вмісту в ньому солі.
Мал. 8
|
Вплив вмісту солі в грунті на його питомий опір (Піщаний суглинок, вміст води 15% від ваги, температура 17 ° С)
| |
|
Кількість доданої солі (% Від ваги води)
|
питомий опір (Ом-сантиметрів)
|
|
0 0,1 1,0 5 10 20
|
10700 1800 460 190 130 120
|
На мал. 9 показана залежність питомого опору грунту, просоченого розчином солі, від температури. Звичайно, якщо використовується просочення грунту соляним розчином, штир заземлення повинен бути захищений від хімічної корозії.
Мал. 9
|
Вплив температури на питомий сопротівленіегрунта, що містить сіль (Пеасчаний суглинок, 20% води, 5% солі від ваги води)
| |
|
Температура, °С
|
Питомий опір, Ом • см
|
|
20 10 0 - 5 - 13
|
110 142 190 312 1440
|