Определение удельного электросопротивления грунтов – это один из ключевых видов исследований, который является элементом комплексных геологических изысканий и позволяет характеризовать способность исследуемого грунта препятствовать прохождению электротока.
Измерение уровня удельного электросопротивления грунтов необходимо для:
- Определения степени вероятности возникновения опасных техногенных процессов (например, коррозии).
- Уточнения параметров расчета и проектирования заземляющих устройств (например, при прокладке трубопровода).
- Установления соответствия основной электрической характеристики конкретного грунта установленным нормам (сопротивление растеканию электротока с заземлителя).
Что включается в себя процесс исследования
Удельное электрическое сопротивление измеряется по специальной методике, учитывая заданный интервал. В некоторых случаях, при значительном превышении уровня грунтовых вод глубины закладки фундамента, проба должна иметь гораздо меньший объем.
В лабораторных условиях удельное электросопротивление рассчитывается по специальным формулам, а полученные в результате расчетов данные вписываются в протокол исследования. Для получения развернутых и детальных сведений о геологии исследуемого участка должно провести весь комплекс исследовательских работ как в полевых, так и в лабораторных условиях.
Геология участков бывает чрезвычайно сложной, вплоть до непредсказуемости. Качественное проведение всех необходимых мероприятий по исследованию свойств грунтов и характеристик природных вод возможно лишь с привлечением профессионалов, имеющих в своем арсенале специальное оборудование.
Чтобы предотвратить возникновение неприятных последствий в виде смещений, подтоплений или даже разрушений строений, необходимо со всей ответственностью подходить к расчетам фундамента и разработке проекта строительства, в том числе учитывая показатели удельного электрического сопротивления грунтов.
Влияние различных факторов
В условиях сухого и жаркого лета верхние почвенные слои просыхают, зимой промерзают, в обоих случаях противодействие токорастеканию значительно увеличивается. Так, на глубине 30 см при понижении температуры воздуха с 0 °C до минус 10 °C удельное электросопротивление грунта возрастает в 10 раз, а на глубине 50 см — в 3 раза. Это позволяет оценить коррозионную активность почвы и получить исходные данные для выбора эффективной конструкции заземления или проектирования электрозащитного оборудования для подземного сооружения.
Исходя из этого, коррозионная активность грунтов делится на группы, сведения о которых приводятся в таблице:
Как измерить удельное сопротивления грунта? Sonel MRU-200
| Коррозионная активность | Удельное электросопротивление, Ом·м |
| Низкая | более 100 |
| Средняя | от 20 до 100 |
| Повышенная | от 10 до 20 |
| Высокая | от 5 до 10 |
| Весьма высокая | до 5 |
Электросопротивление грунта непосредственно влияет на монтажные работы: чем меньше его значение, тем проще произвести установку заземляющих устройств, а это снижает денежные и трудовые затраты.
Ведь для того чтобы эффективно противостоять растеканию тока при организации заземления установки для производства электроэнергии, отопительного или молниезащитного оборудования в почве с низким удельным сопротивлением, будут применяться заземлители существенно меньшего размера.
Роль табличных значений параметра
При расчёте устройства заземления проектировщиков интересуют сведения об электропроводящих свойствах почвы. Для предварительной оценки пользуются их средними величинами, но для нужд конкретного строительства выполняют пересчёт характеристик заземлителей. Исходные данные получают путём контрольных измерений и изыскательских работ, уточняющих для конкретной территории параметры удельного сопротивления грунта.
Таблица приблизительных значений выглядит таким образом:
| Наименование грунта | Среднее удельное электросопротивление, Ом·м |
| Базальт | 2 тыс. |
| Песчаник | 1 тыс. |
| Слюдистые сланцы | 800 |
| Песок | 500 |
| Супесок | 300 |
| Пористый известняк | 180 |
| Каменный уголь | 150 |
| Суглинок | 80 |
| Глина | 60 |
| Чернозём | 50 |
| Земля садовая | 40 |
| Ил | 30 |
| Торф | 25 |
| Солончак | 20 |
Грунты типа глины, чернозёма, суглинка (т. н. хорошие) обладают низким удельным электросопротивлением. Показатели песка во многом зависят от влагосодержания и лежат в пределах от 10 до 4 тыс. Ом·м. В случае скальных грунтов счёт уже идёт на тысячи, у щебенистых — от трёх до пяти тысяч, а у гранитных пород — 20 тыс. Ом·м.
Особенно сложно дело обстоит с вечномёрзлыми грунтами, ведь понижение температуры резко увеличивает их удельное сопротивление. Например, для того же суглинка при +10 °C оно равно 80 Ом·м, а при минус 10 °C уже достигает 1 тыс. Ом·м. Почвенный монолит зимой промерзает в глубину на километры, а летом оттаивание верхних слоёв происходит всего на несколько метров.
Таблица выбора удельного сопротивления различных типов грунтов и воды
Удельное сопротивление грунта может измняться в зависимости от его состояния — влажности, температуры и прочих факторов.
Другие записи
- Молниезащита
- Заземление
- Монтаж молниезащиты
- Монтаж заземления
195197, Санкт-Петербург, Полюстровский пр. д.28 лит.Н Посмотреть на карте
+7 (812) 913-73-52
- График работы Пн-Пт: с 8:00 до 18:00 Сб: с 9:00 до 18:00 Вс: Выходной
Методика расчёта
Сопротивление заземляющего устройства $small$ складывается из сопротивления растеканию тока отдельных электродов заземления (труб, уголков, полосы) и сопротивления заземляющих проводников.
Сопротивление растеканию тока каждого отдельного электрода зависит от:
- удельного сопротивления грунта с учетом его сезонных изменений;
- формы электрода;
- размеров электрода;
- расположения электрода;
- глубины погружения электрода в землю;
- наличия вблизи других электродов.
Согласно ПУЭ, заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению, должно иметь в любое время года постоянное значение нормируемого сопротивления с учетом сопротивления естественных и искусственных заземлителей.
Удельное электрическое сопротивление (далее – УЭС) грунта $small$ принимается по данным замеров, а при отсутствии таких данных – по таблице 1 .
Таблица 1. Усреднённые значения удельных сопротивлений основных типов грунтов
| 1 | Базальт | 5 000 |
| 2 | Валунно-галечные отложения влажные | 1 000 |
| 3 | Валунно-галечные отложения с песчаным заполнением | 3 000 |
| 4 | Выветренный песчаник, известняк | 400 |
| 5 | Галечник водоносный | 1 000 |
| 6 | Галечник, гравий сухой | 5 000 |
| 7 | Глина | 50 |
| 8 | Глина влажная | 50 |
| 9 | Глина с примесью щебня, известняка | 150 |
| 10 | Глина с примесью песка | 150 |
| 11 | Гранит | 5 400 |
| 12 | Гранитное основание | 22 500 |
| 13 | Доломит | 500 |
| 14 | Дресва | 5 500 |
| 15 | Известняк плотный | 65 |
| 16 | Мергель | 50 |
| 17 | Песок влажный | 600 |
| 18 | Песок водоносный | 150 |
| 19 | Песок с агрессивными водами | 70 |
| 20 | Песок сухой | 1 000 |
| 21 | Песок сухой сыпучий | 15 000 |
| 22 | Разрушенные скальные породы | 1 000 |
| 23 | Скальные породы (невыветренные) | 5 000 |
| 24 | Сланец глинистый | 550 |
| 25 | Суглинок | 100 |
| 26 | Супесь | 300 |
| 27 | Супесь влажная | 150 |
| 28 | Торф | 20 |
| 29 | Щебень мокрый | 3 000 |
| 30 | Щебень сухой | 5 000 |
* Усреднённое значение удельного сопротивления грунта, рекомендуемое при проектировании, Ом·м
Усреднённые значения удельных сопротивлений основных типов грунтов взяты из следующих источников:
- Таблица 3.7 (стр. 81): Карякин Р.Н. Заземляющие устройства электроустановок: справочник. 2-е изд. – М.: Энергосервис, 2006. 518 с.: ил.
- Таблица 7.5 (стр. 325): Маньков В. Д., Заграничный С. Ф. Защитное заземление и защитное зануление электроустановок: Справочник. — СПб.: Политехника, 2005. — 400 с: ил.
- Таблица на стр. 62: Типовой проект № 3602тм (альбом 2) «Заземляющие устройства опор ВЛ 35-750 кВ». – М.: АО «Энергосетьпроект», 1975. – 72 с.
Обращаем внимание, что представленные в таблице данные являются справочными.
Для получения точных значений необходимо выполнить замеры удельного сопротивления грунта в ходе инженерно-геологических изысканий в месте планируемого монтажа электродов.
Согласно ПТЭЭП, измерения УЭС грунта должны выполняться в период наибольшего высыхания грунта (для районов вечной мерзлоты – в период наибольшего промерзания грунта). Для определения корректного значения УЭС грунта, замеренного в нормальных условиях, рекомендуем применять климатический коэффициент сезонности ( таблица 2 ).
Таблица 2. Значение климатического коэффициента сезонности сопротивления грунта, K (на основании таблицы 7.7 из «Справочника по проектированию электрических сетей и электрооборудования» под ред. Ю.Г. Барыбина)
| Характеристика районов | ||||
| Средняя многолетняя низшая температура (январь), °С | -20..-15 | -14..-10 | -10..0 | 0..+5 |
| Средняя многолетняя высшая температура (июль), °С | +15..+18 | +18..+22 | +22..+24 | +24..+26 |
| Виды заземлителей и климатические коэффициенты сезонности к величине удельного сопротивления грунта | ||||
| Протяженные заземлители (полоса, круглая сталь) | 5,5 | 3,5 | 2,5 | 1,5 |
| Стержневые заземлители (угловая сталь, трубы) | 1,65 | 1,45 | 1,3 | 1,1 |
Расчёт сопротивления одиночного заземлителя:
Основные формулы расчёта сопротивления одиночного заземлителя различных конфигураций в однородном грунте (на основании таблицы 7.9 из «Справочника по проектированию электрических сетей и электрооборудования» под ред. Ю.Г. Барыбина).
О других методиках расчёта
Существует несколько справочников, в которых представлены методики по расчёту сопротивления одиночного вертикального электрода. Среди них стоит выделить:
- «Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования» под ред. Ю.Г. Барыбина,
- «Заземляющие устройства электроустановок» под редакцией Р.Н. Карякина,
- «Справочник по электроснабжению промышленных предприятий» под общей редакцией А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского.
Отличие заключается лишь в том, что по-разному выражены сами формулы, но результат их при этом тождественен. Рассмотрим пример.
- Сопротивление одиночного вертикального электрода (согласно «Справочнику по проектированию электрических сетей и электрооборудования» под ред. Ю.Г. Барыбина): beginsmall>cdot left(lg left(fracright)+fraccdot lg left(fracright) right),,>end где:
- $R_в$ – сопротивление одиночного вертикального электрода из угловой стали, Ом;
- $ρ_$ – удельное сопротивление грунта, Ом·м;
- $L_в$ – длина вертикального электрода из угловой стали, м;
- $d$ – диаметр круглой стали, м;
- $t_1$ – средняя глубина заложения вертикального электрода от поверхности земли, м; $t_1 = t_0 + 0,5 cdot L_в$;
- $t_0$ – глубина заложения вертикального электрода от поверхности земли, м.
- Сопротивление одиночного вертикального электрода (согласно «Справочнику по электроснабжению промышленных предприятий» под общей редакцией А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского и справочнику «Заземляющие устройства электроустановок» под редакцией Р.Н. Карякина): beginsmallcdot left(ln left(fracright)+fraccdot ln left(fracright) right),,>end где:
- $R_в$ – сопротивление одиночного вертикального электрода из угловой стали, Ом;
- $rho_$ – удельное сопротивление грунта, Ом·м;
- $L_в$ – длина вертикального электрода из угловой стали, м;
- $d$ – диаметр круглой стали, м;
- $t_1$ – средняя глубина заложения вертикального электрода от поверхности земли, м; $t_1 = t_0 + 0,5 cdot L_в$;
- $t_0$ – глубина заложения вертикального электрода от поверхности земли, м.
- Переход из формулы (1) в формулу (2) осуществляется следующим образом: begin small = frac<rho_>cdot left(ln left(fracright)+fraccdot ln left(fracright) right) => \ = frac<rho_>cdot left( frac+ fraccdot fracright) => \ = frac<rho_>cdot left( lg left( fracright) + fraccdot lg left( fracright) right) => \ = frac<0,366 cdot rho_>cdot left( lg left( fracright) + fraccdot lg left( fracright) right),.> end
- Следовательно перевод одной формулы в другую происходит за счёт преобразования натурального логарифма в десятичный и получения произведения известных числа $pi$ и значения выражения $lge$: [small<frac= frac= 0,366,.>]
1.1. Одиночный вертикальный электрод из угловой стали, верхний конец ниже уровня земли:
Глина, суглинок, супесь (различия)
Рыхлые осадочные грунты, состоящие из глины и песка, классифицируются по содержанию в них глинистых частиц:
- глина — более 30%. Глина очень пластичная, хорошо скатывается в шнур (между ладонями). Скатанный из глины шар сдавливается в лепешку без образования трещин по краям.
- тяжелая — более 60%
- обычная — от 30 до 60% с преобладанием глинистых частиц
- пылеватая — от 30 до 60% с преобладанием песка
- суглинок — от 10% до 30% глины. Этот грунт достаточно пластичен, при растирании его между пальцами не чувствуются отдельные песчинки. Скатанный из суглинка шар раздавливается в лепешку с образованием трещин по краям.
- тяжелый — от 20 до 30%
- средний — от 15 до 20%
- легкий — от 10 до 15%
- супесь (супесок) — менее 10% глины. Является переходной формой от глинистых к песчаным грунтам. Супесь наименее пластичная из всех глинистых грунтов; при ее растирании между пальцами чувствуются песчинки; она плохо скатывается в шнур. Скатанный из супеси шар рассыпается при сдавливании.
Зависимости от условий
Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его влажности
(данные из IEEE Std 142-1991):
Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его температуры
(данные из IEEE Std 142-1991):
На этом графике хорошо видно, что при температуре ниже нуля грунт резко повышает свое удельное сопротивление, что связано с переходом воды в другое агрегатное состояние (из жидкого в твердое) — почти прекращаются процессы переноса заряда ионами солей и кислотными/щелочными остатками.
Правила измерений
Для замера сопротивления используют метод Виннера или метод четырех стержней, которые вбиваются в грунт на одинаковом расстоянии друг от друга. Непосредственно измерения выполняются специальным прибором. Схема данного мероприятия представлена на рисунке ниже.
Схема замера сопротивления
Проводя измерение удельного сопротивления грунта, следует придерживаться определенных правил:
- нельзя проводить измерение сопротивления грунта сразу после внесения большого количества органических удобрений или других биоразлагаемых веществ;
- грунт не должен быть слишком сухой, на глубине 30–40 см в нем должна обнаруживаться влага;
- нельзя получить объективных данных сразу после дождя, замерзания или при оттаивании почвы;
- почву стараются не взрыхлять перед проведением измерений, чтобы избежать искусственного увеличения расстояния между фракциями.
Определение удельного электрического сопротивления грунта осуществляется по формуле:
Формула удельного сопротивления
Методика расчета для многослойного грунта
Земля имеет неоднородное строение без выраженных границ между горизонтально расположенными слоями. Верхний слой почвы более подвержен сезонным изменениям.
Толщина слоя сезонных изменений
Учет неоднородности земли повышает точность расчета заземляющего устройства. При этом должно использоваться такое понятие, как эквивалентное удельное сопротивление грунта — приближенное к реальному значению сопротивление многослойной почвы. Для упрощения его определения землю принято делить на 2 слоя: верхний, который подвержен частым погодным колебаниям, и внутренний, с условно устойчивыми параметрами.
Эквивалентное сопротивление определяют экспериментально, устанавливая в точках предположительного монтажа электрических устройств и систем электропроводящие элементы. Измеритель закапывают один раз на предполагаемую глубину установки системы заземления, а другой — у поверхности верхнего слоя земли. После усадки грунта определяют напряжение, а также ток в контуре. Электросопротивление стальных заземлителей рассчитывается по формуле:
Формула электросопротивления
Зная конфигурацию используемых электродов, находят зависимость измеренного параметра от эквивалентного сопротивления земли и производят расчет для первой и второй глубины слоя земли.
| Конфигурация заземляющих элементов | Схема | Расчетная формула |
| Шаровой |  |  |
| Полушаровой |  |  |
| Круглый стержневой или уголковый |  |  |
| Круглый стержневой или уголковый, полностью погруженный в грунт |  |  |
| Протяженный поверхностный |  |  |
| Протяженный заглубленный |  |  |
| Кольцевой поверхностный |  | |
| Кольцевой заглубленный |  |  |
| Пластинчатый круглый на поверхности |  |  |
| Пластинчатый круглый заглубленный |  |  |
| Пластина, поставленная на ребро заглубленная |  |  |
Для окончательной оценки показателей проводимости часто пользуются поправочным коэффициентом сезонности: ρ = ρизм · k. В таблице приведен пример значений для нормального уровня влажности земли (50–80%):
Поправочные коэффициенты
Итоговое значение эквивалентного сопротивления узнают по формуле:
Формула эквивалентного сопротивления
Точное определение удельного сопротивления позволяет существенно сэкономить на организации системы заземления, поскольку не будет надобности использовать лишние заземлители или же увеличивать их длину после ввода объекта в эксплуатацию.
Таблица удельного сопротивления грунта
| Грунт | Удельное сопротивление Ом*м |
| Песок | 400-1000 и более |
| Супесок | 150-400 |
| Суглинок | 40-150 |
| Глина | 8-70 |
| Садовая земля | 40 |
| Торф | 20 |
| Чернозем | 10-50 |
| Мергель, известняк | 1000-2000 |
| Скалистый грунт | 2000-4000 |
Результаты измерения удельного сопротивления грунта зависят от следующих факторов:
- состав грунта;
- размер и плотность прилегания частиц грунта друг к другу;
- влажность и температура грунта;
- степень концентрации растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).
Общее представление о грунте в той или иной части нашей страны, можно получить взглянув на карту почв РФ
Показатели измерения удельного сопротивления грунта напрямую зависят от его типа.
К низкоомным грунтам относят глину и чернозём – 80 Ом·м, суглинок – 100 Ом·м.
Сопротивление песка сильно зависит от содержания влаги и колеблется от 10 до 4000 Ом·м.
Каменистые грунты имеют несколько тысяч Ом·м.
Щебенистые грунты — 3000-5000 Ом·м.
Гранитные и горные породы — 20000 Ом·м.
Производя расчеты, необходимо принимать во внимание поправочные коэффициенты, такие как коэффициент промерзания и влажности почв.
В увлажненных грунтах, удельное сопротивление снижается в десятки раз. При промерзании оно увеличивается. Все это необходимо учитывать при расчетах удельного сопротивления грунта.
Значение удельного сопротивления различных типов грунтов и воды
| Тип грунта | Удельное сопротивление Ом*м |
| Песок сильно увлажненный | 10-60 |
| Песок умеренно увлажненный | 60-130 |
| Песок влажный | 130-400 |
| Песок слегка влажный | 400-1500 |
| Песок сухой | 1500-4200 |
| Супесок | 150-400 |
| Суглинок | 40-150 |
| Глина | 8-70 |
| Садовая земля | 40 |
| Чернозем | 10-50 |
| Торф | 20 |
| Каменистая глина | 100 |
| Мергель, известняк, крупнозернистый песок | 1000-2000 |
| Скала, валуны | 2000-4000 |
| Речная вода | 10-80 |
| Морская вода | 0,2 |
| Водопроводная вода | 5-60 |
| Щебень сухой | не менее 5000 |
| Щебень мокрый | не менее 3000 |
| Смешанный грунт (глина, известняк, щебень) | 80-100 |
При увеличении габаритных размеров заземляющего устройства, влияние сезонных изменений значительно снижается. Если заземлители имеют горизонтальные размеры примерно 10 метров, то сопротивление может меняться в десятки и сотни раз в течение года. Сопротивление заземлителя габаритами 100-200 метров, изменяется в 2 раза. Это связано с тем, что глубина растекания тока соизмерима с габаритами горизонтального заземлителя.
Существует множество типов грунтов с крайне высокими удельными значениями сопротивления. Устройство заземления в таких грунтах сопряжено со значительными финансовыми затратами. В скальных грунтах без применения бурения, практически, не обойтись.
В вечномерзлом грунте, с понижением температуры, удельное сопротивление резко возрастает. Для суглинка при +10 С°, оно составляет около 100 Ом*м. Однако, при -10 С° может достигать 500 – 1000 Ом·м. Глубина промерзания вечномерзлого грунта колеблется от нескольких сот метров до нескольких километров. В летнее время оттаивает лишь верхний слой 1-3 метра. 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 влечет за собой организацию устройства системы заземления на огромной площади, либо применение специального решения, к которому относится специальное электролитическое заземление.
Для измерения удельного сопротивления грунта применяют два способа:
1. Метод контрольного электрода (используют в проектировании одиночных заземляющих устройств). Для этого изготавливают образец, соответствующий размерам будущей установки заземления и погружают его в исследуемую почву. Затем, туда же, помещают пару вспомогательных электродов и производят измерение сопротивления растеканию тока от контрольного устройства.
2. Метод четырёх электродов. (Метод Веннера). Измерительные электроды заглубляют в землю на глубину до 50 см и выдерживают расстояние между ними не меньшее пяти длин заглубления (около 3-х метров).
Полученные данные при измерении значения используют при проектировании систем заземления. Осуществляют расчёт количества и глубины погружения вертикальных заземлителей, а также длины горизонтальных заземлителей (при необходимости их использования). Правильно проведенные расчеты и грамотно смонтированная система заземления позволят добиться нормативного омического сопротивления.
При проектировании заземляющего устройства необходимо иметь достоверные данные об удельном сопротивлении грунта на месте строительства. Точную информацию можно получить только с помощью измерений на местности. Наша организация занимается измерением удельного сопротивления всех типов грунтов по приемлемой цене в Санкт-Петербурге и Ленинградской области. Измерение производят опытные сотрудники с помощью поверенного прибора с функцией измерения удельного сопротивления грунта ИС-10. После получения данных о типе грунта и его удельном сопротивлении, наши инженеры смогут рассчитать и подобрать наиболее подходящий для вас вид и способ заземления.
