+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Удельное сопротивление грунта -Статьи

Грунт

Удельное сопротивление, среднее значение (Ом*м) Сопротивление заземления для глубинного комплекта 15м, Ом Сопротивление заземления для глубинного комплекта 30м, Ом
Асфальт 200 — 3 200 17 — 277 9,4 — 151
Базальт 2 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Бентонит (сорт глины) 2 — 10 0,17 — 0,87 0,09 — 0,47
Бетон 40 — 1 000 3,5 — 87
2 — 47
Вода    
Вода морская 0,2 0 0
Вода прудовая 40 3,5 2
Вода равнинной реки 50 4 2,5
Вода грунтовая 20 — 60 1,7 — 5 1 — 3
Вечномёрзлый грунт (многолетнемёрзлый грунт)    
Вечномёрзлый грунт — талый слой (у поверхности летом) 500 — 1000
Вечномёрзлый грунт (суглинок) 20 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Вечномёрзлый грунт (песок) 50 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Глина    
Глина влажная 20 1,7 1
Глина полутвёрдая 60 5 3
Гнейс разложившийся 275 24 12
Гравий    
Гравий глинистый, неоднородный 300 26 14
Гравий однородный
800
69 38
Гранит 1 100 — 22 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Гранитный гравий 14 500 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Графитовая крошка 0,1 — 2 0 0
Дресва (мелкий щебень/крупный песок) 5 500 477 260
Зола, пепел 40 3,5 2
Известняк (поверхность) 100 — 10 000 8,7 — 868 4,7 — 472
Известняк (внутри) 5 — 4 000 0,43 — 347 0,24 — 189
Ил 30 2,6 1,5
Каменный уголь 150 13 7
Кварц
15 000
Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Кокс 2,5 0,2 0,1
Лёсс (желтозем) 250 22 12
Мел 60 5 3
Мергель    
Мергель обычный 150 14 7
Мергель глинистый (50 — 75% глинистых частиц)
50 4 2
Песок    
Песок, сильно увлажненный грунтовыми водами 10 — 60 0,9 — 5 0,5 — 3
Песок, умеренно увлажненный 60 — 130 5 — 11 3 — 6
Песок влажный 130 — 400 10 — 35 6 — 19
Песок слегка влажный 400 — 1 500 35 — 130 19 — 71
Песок сухой 1 500 — 4 200 130 — 364 71 — 198
Супесь (супесок) 150 13 7
Песчаник 1 000 87 47
Садовая земля 40
3,5
2
Солончак 20 1,7 1
Суглинок    
Суглинок, сильно увлажненный грунтовыми водами 10 — 60 0,9 — 5 0,5 — 3
Суглинок полутвердый, лесовидный 100 9 5
Суглинок при температуре минус 5 С° 150
Супесь (супесок) 150 13 7
Сланец 10 — 100    
Сланец графитовый 55 5 2,5
Супесь (супесок) 150 13 7
Торф    
Торф при температуре 10° 25 2 1
Торф при температуре 0 С° 50 4 2,5
Чернозём 60 5 3
Щебень    
Щебень мокрый 3 000 260 142
Щебень сухой 5 000 434
236

Измерение удельного сопротивления грунта

Сопротивление окружающего электроустановку грунта — это основополагающий параметр при расчёте её заземления. Без знания его значения невозможно правильно установить заземлители и определить расстояние между ними. Поэтому операция измерения удельного сопротивления грунта проводится в первую очередь.

Удельным оно называется потому, что приводится на единицу объёма грунта, то есть куба со стороной 1 метр, соответственно, размерность его определяется как Ом•м. В таблице приведены значения этого параметра для различных видов грунта.

Вид грунта
Удельное сопротивление Ом•м
Глина полутвердая 55-60
Глина пластичная, торф 25
Суглинок полутвёрдый 90
Суглинок пластичный 30
Песок сухой 2500
Песок влажный 500
Песчаник 1000
Супесь 300
Плотный известняк 3000
Пористый известняк 180
Садовая земля 40

Для справки — удельное сопротивление пресной воды в водоёмах и в грунте находится в диапазоне от 20 до 60 Ом•м. Чем сопротивление больше, тем меньше должно быть расстояние между заземлителями для соблюдения нормативных требований. Зависит оно не только от вида грунта, но и от влажности и температуры окружающей среды.

Методика измерения

Эти работы проводятся с помощью специального прибора, напоминающего по виду мультиметр, например, типа ИС-10. В электролаборатории для этих целей используются и многофункциональное оборудование для измерения параметров электроустановок. Наши специалисты применяют прибор MI 3102H профессионального уровня, сертифицированный как средство измерения.

Для измерения используются 4 штыря длиной 1 метр, располагаемые на заданном равном расстоянии друг от друга. Его значение не должно быть меньше пятикратной глубины погружения штыря в грунт. Сами штыри выполняют роль электродов и проводами подключаются к прибору.

Результат измерения таким четырёхпроводным методом будет отображен на индикаторе прибора, однако конечное значение удельного сопротивления необходимо будет рассчитать по формуле

где Ru – удельное сопротивление грунта, Ом•м; D — расстояние между измерительными штырями, м; RE– показание прибора.

Поскольку значение расстояния между штырями влияет на результат, его измерение следует проводить с особой точностью, пользуясь измерительными средствами.

Прибор позволяет и автоматически рассчитать значение удельного расстояния — для этого достаточно перевести его в соответствующий режим и ввести значение расстояния между штырями.

Профессиональная оценка результатов измерений может быть сделана только специалистами. Именно они составляют костяк электролаборатории компании «Техэкспо», электроэнергетика для которой — ключевая компетенция.

Удельное сопротивление почвы таблица. Расчет защитного заземления

Электрофизические свойства грунта, в котором находится заземлитель, определяются прежде всего его удельным сопротивлением. Чем меньше удельное сопротивление, тем более благоприятные условия для расположения заземлителя.

Удельное сопротивление грунта – сопротивление между противоположными плоскостями куба земли с ребром длины 1 м. Единица измерения удельного сопротивления – ом на метр (Ом·м).

Чтобы оценить величину удельного сопротивления грунта, сравним его с наиболее распространенным электротехническим материалом – медью. Так, куб меди таких же размеров имеет сопротивление 1,72·10 -8 Ом·м. При 20°С и средней влажности удельное сопротивление грунта составляет примерно ρ = 100 Ом·м, то есть земля имеет удельное сопротивление в 5,7 млрд. раз больше.

В табл. 6.3. приведены приближенные значения удельных сопротивлений различных типов почвы при средней влажности.

Таблица 6.3 – Удельное электрическое сопротивление грунтов ρ гр

При оборудовании заземляющих устройств необходимо знать не приближенные, а точные значения удельных сопротивлений грунта в данном месте. Получение такой информации возможно только непосредственными измерениями на местах.

Свойства почвы могут меняться в зависимости от ее влажности и температуры, поэтому удельное сопротивление может иметь разные значения в разные времена года из-за высыхания или промерзания. Эти факторы учитываются при измерениях удельного сопротивления земли сезонными коэффициентами. В табл. 6.4 приведены коэффициенты, учитывающие состояние земли во время измерений.

Таблица 6.4 – Сезонные коэффициенты сопротивления грунта

Коэффициент k 1 применяется, если земля влажная и измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков; k 2 – земля нормальной влажности и измерения предшествовало выпадение небольшого количества осадков; k 3 – земля сухая, количество осадков ниже нормы.

Измерение удельного сопротивления почвы обычно проводят в теплое время года. В данной лабораторной работе используется измеритель заземлений типа МС-08 (рис. 6.3). Прибор имеет собственный источник питания в виде генератора, приводимого во вращательное движение с помощью ручки. Если в процессе измерения стрелка прибора колеблется, это является признаком наличия посторонних токов в земле. Чтобы избежать погрешности в измерениях достаточно изменить частоту вращения ручки. Однако следует заметить, что для обеспечения надлежащей точности измерения эта частота должна находиться в пределах 90…150 об/мин.

Измеритель заземления МС-08 имеет три шкалы: 0 – 1000 Ом, 0 – 100 Ом и 0 – 10 Ом. Удельное сопротивление грунта измеряют шкалой на 1000 Ом. Прибор работает по принципу магнитоэлектрического логометра, он содержит две рамки, одна из которых включается как амперметр, а другая – как вольтметр. Эти обмотки действуют на ось прибора в противоположных направлениях, благодаря чему отклонения стрелки прибора пропорциональны сопротивлению.

Рис. 6.3 – Измеритель заземлений МС-08

Шкала прибора градуирована в омах, источником питания при измерении служит генератор Г постоянного тока, приводимого во вращение от руки. На общей с генератором оси укреплены прерыватель П1 и выпрямитель П2 (рис. 6.4).

Рис. 6.4 – Электрическая схема измерителя заземлений МС-08: Г – генератор, Р – реостат, Л – логометр, П1 – прерыватель, П2 – выпрямитель, П3 – переключатель.

Измерение удельного сопротивления грунта следует выполнять в стороне от трубопроводов и других металлических конструкций, которые могут внести погрешность в результаты. Схема измерения показана на рис. 6.5.

Рис. 6.5 – Схема измерения удельного сопротивления грунта

Чем больше значение а , тем больший объем почвы охватывается электрическим полем электродов и более точными являются результаты измерений. Изменяя расстояние а, можно получить зависимость удельного сопротивления земли от разнесения электродов. При однородной структуре грунта значение ρ не зависит от расстояния а (изменения могут быть вследствие разной степени влажности).

Таким образом, используя зависимость ρ от расстояния между электродами, можно судить о величинах удельных сопротивлений на разной глубине. Удельное сопротивление грунта определяют по формуле

где R – сопротивление прибора, Ом.

Измерения удельного сопротивления желательно выполнять в нескольких местах, рассчитывая затем среднее значение. Электроды следует забивать в землю для более плотного контакта, ввертывание стержней для целей измерения не рекомендуется.

Важнейшей функцией заземления является электробезопасность. Перед его установкой в частном доме, на подстанции и в других местах необходимо произвести расчёт заземления.

Как выглядит заземление частного дома

Электрический контакт с землёй создаёт погруженная в грунт металлическая конструкция из электродов вместе с подключёнными проводами – всё это представляет собой заземляющее устройство (ЗУ).

Места соединения с ЗУ проводника, защитного провода или экрана кабеля называются точками заземления. На рисунке ниже изображено заземление из одного вертикального металлического проводника длиной 2500 мм, вкопанного в землю. Его верхняя часть размещается на глубине 750 мм в траншее, ширина которой в нижней части составляет 500 мм и в верхней – 800 мм. Проводник может быть связан сваркой с другими такими же заземлителями в контур горизонтальными пластинами.


Вид простейшего заземления помещения

После монтажа заземлителя траншея засыпается грунтом, а один из электродов должен выходить наружу. К нему подключается провод над поверхностью земли, который идет к шине заземления в электрощите управления.

При нахождении оборудования в нормальных условиях на точках заземления напряжение будет нулевым. В идеальном случае при коротком замыкании сопротивление ЗУ будет равно нулю.

При возникновении в заземлённой точке потенциала, должно произойти его зануление. Если рассмотреть любой пример расчёта, можно увидеть, что ток короткого замыкания I з имеет определенную величину и не может быть бесконечно большим. Грунт обладает сопротивлением растекания тока R з от точек с нулевым потенциалом до заземлителя:

R з = U з / I з, где U з – напряжение на заземлителе.

Решение задачи правильного расчёта заземления особенно важно для электростанции или подстанции, где сосредоточено много оборудования, работающего под высоким напряжением.

Величина R з определяется характеристиками окружающего грунта: влажностью, плотностью, содержанием солей. Здесь также важными параметрами являются конструкции заземлителей, глубина погружения и диаметр подключённого провода, который должен быть таким же, как у жил электропроводки. Минимальное поперечное сечение голого медного провода составляет 4 мм 2 , а изолированного – 1,5 мм 2 .

Если фазный провод коснётся корпуса электроприбора, падение напряжения на нём определяется величинами R з и максимально возможного тока. Напряжение прикосновения U пр всегда будет меньше, чем U з, поскольку его снижают обувь и одежда человека, а также расстояние до заземлителей.

На поверхности земли, где растекается ток, также существует разность потенциалов. Если она высокая, человек может попасть под шаговое напряжение U ш опасное для жизни. Чем дальше от заземлителей, тем оно меньше.

Величина U з должна иметь допустимое значение, чтобы обеспечить безопасность человека.

Снизить величины U пр и U ш можно, если уменьшить R з, за счёт чего также уменьшится ток, протекающий через тело человека.

Если напряжение электроустановки превышает 1 кВ (пример – подстанции на промышленных предприятиях), создаётся подземное сооружение из замкнутого контура в виде рядов металлических стержней, забитых в землю и соединённых сваркой между собой при помощи стальных полос. За счёт этого производится выравнивание потенциалов между смежными точками поверхности.

Безопасная работа с электросетями обеспечивается не только за счёт наличия заземления электроприборов. Для этого ещё необходимы предохранители, автоматические выключатели и УЗО.

Заземление не только обеспечивает разность потенциалов до безопасного уровня, но и создаёт ток утечки, которого должно хватать для срабатывания защитных средств.

Соединять с заземлителем каждый электроприбор нецелесообразно. Подключения производят через шину, расположенную в квартирном щитке. Вводом для неё служит провод заземления или провод РЕ, проложенный от подстанции к потребителю, например, через систему TN-S.

Расчёт заземляющего устройства

Расчёт заключается в определении R з. Для этого необходимо знать удельное сопротивление грунта ρ, измеряемое в Ом*м. За основу принимают его средние значения, которые сводят в таблицу.

Определение удельного сопротивления грунта

Грунт Грунт Удельное сопротивление р, Ом*м
Песок при глубине залегания вод менее 5 м 500 Садовая земля 40
Песок при глубине залегания вод менее 6 и 10 м 1000 Чернозем 50
Супесь водонасыщенная (текучая) 40 Кокс 3
Супесь водонасыщенная влажная (пластинчатая) 150 Гранит 1100
Супесь водонасыщенная слабовлажная (твердая) 300 Каменный уголь 130
Глина пластичная 20 Мел 60
Глина полутвердая 60 Суглинок влажный 30
Суглинок 100 Мергель глинистый 50
Торф 20 Известняк пористый 180

Из приведённых в таблице значений видно, что значение ρ зависит не только от состава грунта, но и от влажности.

Кроме того, табличные величины удельных сопротивлений умножают на коэффициент сезонности K м, учитывающий промерзание грунта. В зависимости от низшей температуры (0 С) его значения могут быть следующими:

  • от 0 до +5 — K м =1,3/1,8;
  • от -10 до 0 — K м =1,5/2,3;
  • от -15 до -10 — K м =1,7/4,0;
  • от -20 до -15 — K м =1,9/5,8.

Значения коэффициента K м зависят от способа заложения заземлителей. В числителе приведены его значения при вертикальном погружении заземлителей (с заложением вершин на глубине 0,5-0,7 м), а в знаменателе – при горизонтальном расположении (на глубине 0,3-0,8 м).

На выбранном участке ρ грунта может существенно отличаться от средних табличных значений из-за техногенных или природных факторов.

Когда проводятся ориентировочные расчёты, для одиночного вертикально заземлителя R з ≈ 0,3∙ρ∙ K м.

Точный расчёт защитного заземления производят по формуле:

R з = ρ/2πl∙ (ln(2l/d)+0.5ln((4h+l)/(4h-l)), где:

  • l – длина электрода;
  • d – диаметр прута;
  • h – глубина залегания средней точки заземлителей.

Для n вертикальных электродов, соединённых сверху сваркой R n = R з /(n∙ K исп), где K исп – коэффициент использования электрода, учитывающий экранирующее влияние соседних (определяется по таблице).

Расположение заземляющих электродов

Формул расчёта заземления существует много. Целесообразно применять метод для искусственных заземлителей с геометрическими характеристиками в соответствии с ПУЭ. Напряжение питания составляет 380 В для трёхфазного источника тока или 220 В однофазного.

Нормированное сопротивление заземлителя, на которое следует ориентироваться, составляет не более 30 Ом для частных домов, 4 Ом – для источника тока при напряжении 380 В, а для подстанции 110 кВ – 0,5 Ом.

Для группового ЗУ выбирается горячекатаный уголок с полкой не менее 50 мм. В качестве горизонтальных соединительных перемычек используется полоса сечением 40х4 мм.

Определившись с составом грунта, по таблице выбирается его удельное сопротивление. В соответствии с регионом, подбирается повышающий коэффициент сезонности K м.

Выбирается количество и способ расположения электродов ЗУ. Они могут быть установлены в ряд или в виде замкнутого контура.


Замкнутый контур заземления в частном доме

При этом возникает их экранирующее влияние друг на друга. Оно тем больше, чем ближе расположены заземлители. Значения коэффициентов использования заземлителей K исп для контура или расположенных в ряд, отличаются.

Значения коэффициента K исп при разных расположениях электродов

Количество заземлит. n (шт.)
1 2 3
2 0.85 0.91 0.94
4 0.73 0.83 0.89
6 0.65 0.77 0.85
10 0.59 0.74 0.81
20 0.48 0.67 0.76
Расположение электродов в ряд
Количество заземлит. n (шт.) Отношение расстояния между заземлителями к их длине
4 0.69 0.78 0.85
6 0.61 0.73 0.8
10 0.56 0.68 0.76
20 0.47 0.63 0.71

Влияние горизонтальных перемычек незначительно и в оценочных расчётах может не учитываться.

Примеры расчёта контура заземления

Для лучшего освоения методов расчёта заземления лучше рассмотреть пример, а лучше – несколько.

Пример 1

Заземлители часто делают своими руками из стального уголка 50х50 мм длиной 2,5 м. Расстояние между ними выбирается равным длине – h=2.5м. Для глинистого грунта ρ = 60 Ом∙м. Коэффициент сезонности для средней полосы, выбранный по таблицам, равен 1,45. С его учётом ρ = 60∙1,45 = 87 Ом∙м.

Для заземления по контуру роется траншея глубиной 0,5 м и в дно забивается уголок.

Размер полки уголка приводится к условному диаметру электрода:

d = 0.95∙p = 0.995∙0.05 = 87 Ом∙м.

Глубина залегания средней точки уголка составит:

h = 0,5l+t = 0.5∙2.5+0.5 = 1.75 м.

Подставив значения в ранее приведённую формулу, можно определить сопротивление одного заземлителя: R = 27.58 Ом.

По приближенной формуле R = 0.3∙87 = 26.1 Ом. Из расчёта следует, что одного стержня будет явно недостаточно, поскольку по требованиям ПУЭ величина нормированного сопротивления составляет R норм = 4 Ом (для напряжения сети 220 В).

Количество электродов определяется методом приближения по формуле:

n = R 1 /(k исп R норм) = 27,58/(1∙4) = 7 шт.

Здесь вначале принимается k исп = 1. По таблицам находим для 7 заземлителей k исп = 0,59. Если подставить это значение в предыдущую формулу и снова пересчитать, получится количество электродов n = 12 шт. Затем производится новый перерасчёт для 12 электродов, где опять по таблице находится k исп = 0,54. Подставив это значение в ту же формулу, получим n = 13.

Таким образом, для 13 уголков R n = R з /(n*η) = 27,58/(13∙0,53) = 4 Ом.

Пример 2

Нужно изготовить искусственное заземление с сопротивлением R норм = 4 Ом, если ρ = 110 Ом∙м.

Заземлитель изготавливается из стержней диаметром 12 мм и длиной 5 м. Коэффициент сезонности по таблице равен 1,35. Ещё можно учесть состояние грунта k г. Измерения его сопротивления производились в засушливый период. Поэтому коэффициент составил k г =0,95.

На основе полученных данных за расчётное значение удельного сопротивления земли принимается следующая величина:

ρ = 1,35∙0,95∙110 = 141 Ом∙м.

Для одиночного стержня R = ρ/l = 141/5 = 28,2 Ом.

Электроды располагаются в ряд. Расстояние между ними должно быть не меньше длины. Тогда коэффициент использования составит по таблицам: k исп = 0,56.

Находим число стержней для получения R норм = 4 Ом:

n = R 1 /(k исп R норм) = 28,2/(0,56∙4) = 12 шт.

После монтажа заземления производятся измерения электрических параметров на месте. Если фактическое значение R получается выше, ещё добавляются электроды.

Если рядом находятся естественные заземлители, их можно использовать.

Особенно часто это делается на подстанции, где требуется самая низкая величина R. Оборудование здесь используется максимально: подземные трубопроводы, опоры линий электропередач и др. Если этого недостаточно, добавляется искусственное заземление.


Естественное заземление на даче через арматуру фундамента

Устройство размещается внутри фундамента, где шина для подключения выводится наружу.

Любой приведённый пример можно использовать как алгоритм расчёта. При этом для оценки правильности может быть применена онлайн-программа.


Как выглядит онлайн-программа, с помощью которой можно рассчитать заземление

Ошибки монтажа. Видео

Избежать ошибок в монтаже заземляющего устройства поможет это видео.

Самостоятельные расчёты заземления являются оценочными. После его монтажа следует произвести дополнительные электрические измерения, для чего приглашаются специалисты. Если грунт сухой, нужно использовать длинные электроды из-за плохой проводимости. Во влажном грунте поперечное сечение электродов следует брать как можно больше по причине повышенной коррозии.

В технической литературе часто рассказывается про заземление и зануление. Действительно, вопрос о заземлении в домах и квартирах встал в нашей стране относительно недавно. Еще когда бригады коммунистов электрифицировали страну, в деревенские домики подводили только фазу и ноль. Про провод заземления умалчивали. Во-первых, экономили алюминий как стратегический металл для самолетов, а во-вторых, мало кого заботили проблемы с защитой населения от поражения электрическим током, а в-третьих, не думали о заземлении как о эффективной мере защиты людей. Прошло достаточно времени, чтобы исчезли коммунисты, а вместе с ними и распалась страна, в которой они правили, но памятники, оставшиеся после них, все еще стоят. Памятники стоят, а дома разрушаются.

В нашим домах заземлены только трубы водопровода, канализации и газопровода, а также поэтажные щитки. При этом трубы газопровода для заземления не подходят из-за взрывчатого газа, который по ним летит. Трубы канализации для заземления также использовать нельзя. Хоть канализация сплошь из чугуна, но стыки чугунных труб заделаны цементом, который является плохим проводником. Трубы водопровода вроде как являются неплохим заземлением, но нужно учитывать, что трубы прокладывают не в земле, а в слое изоляции в специальных каналах. Самое надежное заземление – от распределительного этажного щита.

На предприятиях все изначально делали грамотно и заземляли все, что можно. Кроме заземления на предприятиях используется зануление. Многие ошибочно считают, что зануление — это проводок в розетке от нулевого провода к заземляющему контакту. Понятия «заземление» и «зануление» тесно связаны с понятием нейтрали.

Нейтраль – точка схождения трех фаз через обмотки в трансформаторе, соединенных звездой. Если эту точку соединить с заземлителями, то образуется глухозаземленная нейтраль трансформатора, и общую систему называют заземленной. Если к этой точке приварить шину и соединить ее со всеми приборам и аппаратам, то оборудование окажется заземленным.

Если нейтраль соединить с нулевой шиной (без заземлителей), то образуется изолированная нейтраль трансформатора, и общую систему называют зануленной. Если эту шину соединить со всеми приборами и аппаратами, то оборудование окажется зануленным.

Идея в том, что по заземленному или зануленному проводнику течет ток только при перекосе фаз, но это для трансформатора и при аварийных режимах работы. Нельзя выбирать — занулять или заземлять оборудование. Это сделано уже на подстанции. Обычно используется глухозаземленная нейтраль.

Если к примеру обмотка двигателя стиральной машины разрушилась и появилось сопротивление между корпусом и обмоткой, то на корпусе стиральной машины будет потенциал, который можно обнаружить индикаторной отверткой. Если машина не заземлена, то при касании корпуса потенциал машины станет потенциалом вашей руки, а т.к. ванная, где находится машина, является помещением особо опасным с точки зрения поражения током и следовательно пол является токопроводящим, нога приобретет нулевой потенциал и значит вы получите удар напряжением, пропорциональным потенциалу руки. Если машину заземлить, то в теории сработает автоматический выключатель защиты. Если машину занулить, то потенциал растечется вокруг всей машины и при касании потенциалы руки и ноги будут одинаковыми. Только надо учитывать, что ток растекается вокруг и при шагании ноги оказываются под разными потенциалами. И, конечно, можно получить удар напряжением.

Критерии применения заземления

Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.

Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В переменного тока – трёхфазные трехпроводные с глухозаземленной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли; двухпроводные сети постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока; в сетях выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.

Заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках при напряжении 42 В и выше переменного тока, 110 В и выше постоянного тока; при любых напряжениях во взрывоопасных помещениях.

В зависимости от места размещения заземлителей относительно заземляющего оборудования различают два типа заземляющего устройств — выносное и контурное.

При выносном заземляющем устройстве заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование.

При контурном заземляющем устройстве электроды заземлителя размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки.

В открытых электроустановках корпуса присоединяют непосредственно к заземлителю проводами. В зданиях прокладывается магистраль заземления, к которой присоединяют заземляющие провода. Магистраль заземления соединяют с заземлителем не менее чем в двух местах.

В качестве заземлителей в первую очередь следует использовать естественные заземлители в виде проложенных под землёй металлических коммуникаций (за исключением трубопроводов для горючих и взрывчатых веществ, труб теплотрасс), металлических конструкций зданий, соединённых с землёй, свинцовых оболочек кабелей, обсадных труб артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.д.

В качестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединённых с заземляющим устройством подстанций или распределительным устройством с помощью грозозащитных тросов линий.

Если сопротивление естественных заземлителей Rз удовлетворяет требуемым нормам, то устройство искусственных заземлителей не требуется. Но это можно только измерить. Посчитать сопротивление естественных заземлителей нельзя.

Когда естественные заземлители отсутствуют или использование их не даёт нужных результатов, применяют искусственные заземлители — стержни из угловой стали размером 50Х50, 60Х60, 75Х75 мм с толщиной стенки не менее 4 мм, длиной 2,5 — 3 м; стальные трубы диаметром 50-60 мм, длиной 2,5 — 3 м с толщиной стенки не менее 3,5 мм; прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.

Заземлители забивают в ряд или по контуру на такую глубину, при которой от верхнего конца заземлителя до поверхности земли остаётся 0,5 — 0,8 м. Расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не менее 2,5-3 м.

Для соединения вертикальных заземлителей между собой применяют стальные полосы толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 кв.мм или стальной провод диаметром не менее 6 мм. Полосы (горизонтальные заземлители) соединяют с вертикальными заземлителями сваркой. Место сварки обмазывается битумом для влагоизоляции.

Магистрали заземления внутри зданий с электроустановками напряжением до 1000 В выполняют стальной полосой сечением не менее 100 кв.мм или сталью круглого сечения той же проводимости. Ответвления от магистрали к электроустановкам выполняют стальной полосой сечением не менее 24 кв.мм или круглой сталью диаметром не менее 5 мм.

Нормируемые сопротивления заземляющих устройств приведены в табл.1.

Таблица 1. Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В

Наибольшие допустимые значения R з, Ом

Характеристика электроустановок

R з = 250 / I з

Для электроустановок напряжением выше 1000В и расчётным током замыкания на землю I з

R з = 125 / I з

При условии, что заземляющее устройство является общим для злектроустановок напряжением до и выше 1000 В и расчётном токе замыкания на землю I з

В электроустановках напряжением 660/380 В

В электроустановках напряжением 380/220 В

В электроустановках напряжением 220/127 В

Расчётные токи замыкания на землю принимают по данным энергосистемы либо путём расчётов. В принципе, при строительстве коттеджа ток замыкания на землю не нужен. Это вопрос заземления подстанции.

Расчёт заземления методом коэффициентов использования производится следующим образом.

1. В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое сопротивление заземления Rз по таблице 1.

2. Определяют путём замера, расчётом или на основе данных по работающим аналогичным заземлительным устройствам возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей Rе.

3. Если RеRз, то необходимо устройство искусственного заземления.

4. Определяют удельное сопротивление грунта ρ из таблицы 2. При производстве расчётов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземлителя (таблица 3).

Таблица 2. Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды p, Ом м

Наименование грунта

Удельное сопротивление, Ом м

Суглинок

Садовая земля

Глина (слой 7-10 м) или гравий

Мергель, известняк, крупный песок с валунами

Скалы, валуны

Чернозём

Речная вода (на равнинах)

Морская вода

Примерное распределение государств СНГ по климатическим зонам:

1 зона: Архангельская, Кировская, Омская, Иркутская области, Коми, Урал;

2 зона: Ленинградская и Вологодская области, центральная часть России, центральные области Казахстана, южная часть Карелии.

3 зона: Латвия, Эстония, Литва, Беларусь, южные области Казахстана; Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская и Ростовская области.

4 зона: Азербайджан, Грузия, Армения, Узбекистан, Таджикистан, Киргизия, Туркмения (кроме горных районов), Ставропольский край, Молдова.

Таблица 3. Признаки климатических зон и значения коэффициента К с

Данные, характеризующие климатические зоны и тип применяемых заземляющих электродов

Климатические зоны СНГ

Климатические признаки зон:

средняя многолетняя низшая температура (январь), °С

от -20 до -15

от -14 до -10

средняя многолетняя высшая температура (июль), °С

от +16 до +18

от +18 до +22

от +22 до +24

от +24 до +26

среднегодовое количество осадков, мм

продолжительность замерзания вод, дн

Значение коэффициента Кс при применении стержневых электродов длиной 2 — 3 м и глубине заложения их вершины 0,5 — 0,8 м

Значение коэффициента К»с при применении протяжённых электродов и глубине заложения их вершины 0,8 м

Значение коэффициента Кс при длине 5 м и глубине заложения вершины 0,7-0,8 м

5. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя — стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле:

Таблица 4. Коэффициенты использования М в вертикальных электродов из труб, уголков или стержней, размещённых в ряд без учёта влияния полосы связи

Отношение расстояния между электродами к их длине: а/l

Число электродов М в

Таблица 5. Коэффициенты использования Мв вертикальных электродов из труб, уголков или стержней, размещённых по контуру без учёта влияния полосы связи

Отношение расстояния
между электродами к их длине а/l

Число электродов М в

6. При устройстве простых заземлителей в виде короткого ряда вертикальных стержней расчёт на этом можно закончить и не определить проводимость соединяющей полосы, поскольку длина её относительно невелика (в этом случае фактически сопротивление заземляющего устройства будет несколько завышено). В итоге общая формула для расчета сопротивления вертикальных заземлителей выглядит так

р — Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды, Ом м, таблица 2

КС — Признаки климатических зон и значения коэффициента, таблица 3.

L – длина вертикального заземлителя, м

d – диаметр вертикального заземлителя, м

t’ – длина от поверхности земли до середины вертикального заземлителя, м

Мв – коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл.4, 5). Предварительное количество вертикальных заземлителей для определения Мв можно принять равным Мв=rв/Rз

а – расстояние между вертикальными заземлителями (обычно отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине принимают равным а/l=1;2;3)

при этом l>d, t0>0,5 м;

для уголка с шириной полки b получают d=0,95b.

Для горизонтальных заземлителей расчет ведется тем же методом коэффициента использования

1. Определяют сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя. Для круглого стержневого сечения:


Таблица 6. Коэффициенты использования М г горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов в ряд.

М г при числе электродов в ряд

Таблица 7. Коэффициент использования М г горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов по контуру.

Отношение расстояния между электродами к длине a/l

М г при числе электродов в контуре заземления

р — приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды, Ом м, таблица 2

КС — признаки климатических зон и значения коэффициента, таблица 3.

L – длина горизонтального заземлителя, м

d – диаметр горизонтального заземлителя, м

t’ – длина от поверхности земли до середины горизонтального заземлителя, м

Мв-коэффициент использования горизонтальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл. 6, 7).

а – расстояние между горизонтальными заземлителями (обычно отношение расстояния между горизонтальными заземлителями к их длине принимают равным а/l=1;2;3)

Rз – Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В, таблица 1

Здесь l>d, l>>4t’. Для полосы шириной b получают d=0,5b.

Пример 1

Рассчитать заземляющее устройство заводской подстанции 35/10 кВ, находящейся во второй климатической зоне. Сети 35 и 10 кВ работают с незаземленной нейтралью. На стороне 35 кВ Iз=8А, на стороне 10 кВ Iз=19А. Собственные нужды подстанции получают питание от трансформатора 10/0,4 кВ с заземленной нейтралью на стороне 0,4 кВ, естественных заземлителей нет. Удельное сопротивление грунта при нормальной влажности p=62 Ом*м. Электрооборудования подстанции занимает площадь 18*8 кв.м.

Решение

Прикинем количество вертикальных электродов 10 шт. по таблице 5, Мв=0,58.


Если Nв

Если Nв>10, нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

Прикинем количество горизонтальных электродов 50 шт. по таблице 6, Мг=0,2.

Если Nг

Если Nг>50, то нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

Пример 2

Рассчитать заземляющее устройство коттеджа в Беларуси. Коттедж стоит на глинистой почве, следовательно удельное сопротивление грунта p=40 Ом*м. Для заземления используется арматура диаметром 12 мм и длиной 2 метра.

Решение

По таблице 1 – Rз=4

По таблице 2 – р=40 Ом*м

По таблице 3 – Кс=1,6

Электроды будут размещаться в ряд, поэтому по таблице 4 прикинем количество вертикальных электродов, например 10 шт. Мв=0,62
Глубина забивания всех электродов от поверхности земли – 0,7 метра, плюс к этому половина длины двухметрового электрода и следовательно t’=1,7 метра.

Найдем количество вертикальных электродов


Если Nв>10, то нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

По таблице 4 прикинем количество вертикальных электродов, итого 15 шт. Мв=0,56


Если Nв

Пойдем другим путем и из штырей сварим каркас, закопав его на 0,8 метра под землю. Так получаются горизонтальные заземлители.

По таблице 1 – Rз=4

По таблице 2 – р=40 Ом*м

По таблице 3 – Кс=1,6

Глубина забивания всех электродов от поверхности земли – 0,7 метра, плюс к этому половина длины двухметрового электрода и следовательно t’=1,7 метра

Прикинем количество горизонтальных электродов, например 30 шт. по таблице 6, Мг=0,24

Если Nг>30, то нужно увеличить Мг, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

По таблице 6 прикинем количество горизонтальных электродов, например 50 шт. Мг=0,21

Если Nг

Заземление учитывает свойство Земли проводить электричество. Электроды для заземления делают обычно из стали. Сталь со временем ржавеет и разрушается, и заземление пропадает. Процесс этот необратим, но можно использовать стальные стержни, покрытые цинком. Цинк тоже металл, но он плохо подвержен ржавлению до тех пор, пока слой цинка есть. Когда со временем цинк вымывается или стирается механическими способами, например, при забивании электродов в твердую почву камни могут ободрать покрытие, тогда скорость коррозии увеличится вдвое. Иногда используют специальные электроды с покрытием из меди.

Стержни для заземления можно брать те, которые использовались как арматура для бетона фундамента. Красить или покрывать смолистыми составами их нельзя – смола выступит как изолятор и заземления не будет вообще. Чем длиннее стержни, тем меньше их понадобится для заземления, но тем труднее их забить в почву. Поэтому вначале нужно выкопать траншею глубиной 1 метр. Забить в траншею кусок арматуры, предварительно заточенный, чтобы он выглядывал из дна траншеи не более 20 сантиметров. Следом через 2 метра забивают следующую арматуру и так далее по расчету. Следом на дно траншеи кладут арматуру и приваривают ее ко всем забитым штырям. Место сварки необходимо обмазать битумом для влагоизоляции. Это делается потому, что арматуру толщиной 12 миллиметров будет гнить в земле очень долго, а вот место сварки по площади относительно небольшое, но самое ответственное.

После забивания всех электродов можно провести эксперимент. Из дома вытягиваем удлинитель. Источник напряжения должен приходить со столба от подстанции. Использовать для проверки автономный источник типа генератора нельзя – не будет замкнутой цепи. На удлинителе находим фазу и подключаем один провод от лампочки, а вторым проводом прикасаемся к обваренным электродам. Если лампочка светится, то измеряем напряжение между фазным проводом и заземленными электродами, напряжение должно быть 220 В, а вот светиться лампочка должна достаточно ярко. Также можно измерить ток через лампочку в 100 Вт. Если ток примерно 0,45 А, все в порядке, но если ток значительно меньше – следует добавить заземляющих стержней.

Нужно добиться нормального свечения лампочки и тока в пределах нормы. После этого места сварки заливают битумом и выводят кусок арматуры из траншеи, прикрепив его к дому. После этого траншею можно засыпать. Выведенный кусок арматуры нужно приварить к электрическому распределительному щиту в коттедже. От щита уже развести медными кабелями все точки.

Основной величиной, которая вводится в расчет заземления и от которой зависят конструкции заземления, является удельное сопротивление грунта. Этот важнейший параметр, говорит об уровне «электропроводности» земли в роли проводника, то есть как хорошо будет идти в этой среде электрический ток от заземлителя.

Грунт – это пористое дисперсионное тело , состоящее из трех основных частей: твердой , жидкой (свободная и связанная вода) и газообразной . Структура грунта схематически показана на рисунке ниже.

1 – твердые частицы, 2 – связанная вода, 3 – свободная вода, 4 – газообразная составляющая

Земля – достаточно плохой проводник, ее проводимость в тысячи раз ниже, проводимости воды или металлов. Удельное сопротивление грунта – это физическая величина, характеризующая сопротивление грунта протеканию электрического тока, простыми словами – этим параметром мы делаем выводы о электропроводности грунта в качестве проводника при прокладке заземления.


– это сопротивление, оказоваемое различными веществами земли (грунта) в виде куба с размерами 1×1×1 метр, к которому подключены измерительные электроды к противоположным сторона куба. За физическую единицу объемного удельного сопротивления считают Ом на метр (международное обозначение Омм ).

Значение удельного сопротивления грунта это исходный и главный физический параметр для осуществления расчетов сопротивления заземления. Чем выше это значение, тем больше заземлителей потребуется, чтобы добиться требуемого значения сопротивления заземления. При расчете любого заземляющего устройства необходимо знать точное значение этого араметра в конкретном месте, где будем подключать заземление.

Данный параметр грунта зависит от большого числа внешних факторов: температуры, влажности, состава, структуры и уплотненности грунта, времени года, присутствия солей, щелочных и кислотных остатков.

На основе различных геодезических исследований, проводимых в верхних слоях грунта, можно сделать вывод о том, что электрическая составляющая структуры земли носит выраженный вид слоев, которые имеют совершенно различное сопротивление с достаточно определенными горизонтальными границами. Причем удельное сопротивление в горизонтальном направлении практически одинаковое и изменяется несущественно. При этом верхний слой земли подвергается интенсивным сезонным изменениям, из-за сильных температурных колебаний, а так же от количества попадающей в почву влаги. Другие факторы, влияют менее выражено. Наибольшее значение удельного сопротивления наблюдается в зимнее время года , когда грунт промерзает, и летом – при высыхании последнего. Самым высоким значением обладают как раз на вечномерзлые грунты в зоне мерзлоты. У воды в переходном состоянии из жидкого в твердое практически не идут процессы передачи заряда. На рисунке ниже представлен график зависимости удельного сопротивления грунта от значения температуры, на котором все выше сказанное, очень хорошо видно:


Характерно, что при снижении окружающей температуры всего до -5° Цельсия, значение удельного сопротивления увеличивается в 8 раз. Не менее важное значение, при расчетах заземления имеет и уровень влажности – при его даже незначительном падении у некоторых типов грунтов (пески, глина и суглинок) удельное сопротивление увеличивается в разы. Примеры этого, как раз, приводится в таблице ниже.

Точное и правильное измерение удельного сопротивления грунта позволяет существенно снизить затраты при монтаже заземления. Так, нет необходимости устанавливать лишние заземлители. Для получения правильного результата измерения необходимо осуществлять в течение всего года, как минимум по разу в течение каждого временного сезона. Гораздо чаще все замеры проводят в конце весны – начала лета, возможное увеличение сопротивления учитывают, вводя различные повышающие коэффициенты, смотри таблицу ниже.


Для измерения можно использовать прибор МС-08 или его аналоги. В основу работы положен принцип магнитоэлектрического логометра. В приборе имеются две рамки – одна подсоединена как вольтметр, вторая – амперметр. Эти обмотки, при одномоментном включении, создают на ось измерительного прибора воздействия, имеющие прямо противоположные направления. В результате этого противодействия – отклонение стрелки прибора будет прямо пропорционально значению сопротивления. Шкала измерительного устройства проградуирована в омах. В МС-08 источником напряжения при проведении измерений выступает генератор (Г) постоянного тока, который приводится в движение за счет вращения ручкой. Также имеется выпрямитель (Вп) и прерыватель (П).

При включение питания на крайние электроды между средними появится разность напряжений U . Для однородного грунта значение U будет прямо пропорционально току I и удельному сопротивлению ρ и обратно пропорционально расстоянию между электродами а .

откуда следует, что удельное сопротивление определяется так:

ρ = 2πaU/I . или из соотношений ρ = 2πaR

Чем выше расстояние между электродами, тем больший объем земли охватывается , генерируемым токовыми электродами. Изменяя значение а можно увидеть зависимость значения удельного сопротивления грунта от этого параметра. Для однородной земли значение ρ будет практически везде одинаковым.


Для увеличения точности проводимых измерений важно грамотно расположить на поверхности грунта измерительные щупы. При этом следует соблюдать следующие принципы :
Щтыри нужно хорошо почистить от грязи, оставшейся от предыдущих измерений. Засохшая грязь сильно увеличивает полученное значение
Щупы монтируются в землю строго вертикально по прямой линии, на равном расстоянии друг от друга
Растояние между измерительными щупами должно быть минимум в пять раз больше, чем глубина, на которую забиты щупы
Измерительные щупы желательно вдавливать или забивать в грунт – это даст хороший контакт с землей. Вкручивать стержни не советую – при этом между электродом и землей появляется воздушная прослойка, вносящая погрешность в результат измерений

Измерения необходимо осуществлять в отдалении от металлоконструкций и трубопроводов, которые могут влиять на погрешность и точность.

Приблизительное значение удельного сопротивления можно вычислить с помощью метода пробного электрода. В нем измерительный электрод погружают вертикально в грунт, чтобы над землей оставалось всего 60-70 см, после чего с помощью прибора МС-08 осуществляют замер сопротивления электрода. После чего делают коррекцию полученных данных, используя приближенные значения сопротивления вертикальных значений (смотри таблицу ниже), в результате находя приближенное значение. Измерение лучше всего проводить в двух-трех местах и за рабочее значение принять среднее значение.

Величины расчетного электрического удельного сопротивления грунта

Грунт Удельное сопротивление, среднее значение (Ом*м)
Базальт 2 000
Бетон 40 — 1 000
Вода
Вода морская 0,2
Вода прудовая 40
Вода равнинной реки 50
Вода грунтовая 20 — 60
Вечномёрзлый грунт (многолетнемёрзлый грунт)
Вечномёрзлый грунт — талый слой (у поверхности летом) 500 — 1000
Вечномёрзлый грунт (суглинок) 20 000
Вечномёрзлый грунт (песок) 50 000
Глина
Глина влажная 20
Глина полутвёрдая 60
Гнейс разложившийся 275
Гравий
Гравий глинистый, неоднородный 300
Гравий однородный 800
Гранит 1 100 — 22 000
Графитовая крошка 0,1 — 2
Дресва (мелкий щебень/крупный песок) 5 500
Зола, пепел 40
Известняк поверхностный 3 000 — 5 000
Ил 30
Каменный уголь 150
Кварц 15 000
Кокс 2,5
Лёсс (желтозем) 250
Мел 60
Мергель
Мергель обычный 150
Мергель глинистый (50 — 75% глинистых частиц) 50
Песок
Песок, сильно увлажненный грунтовыми водами 10 — 60
Песок, умеренно увлажненный 60 — 130
Песок влажный 130 — 400
Песок слегка влажный 400 — 1 500
Песок сухой 1 500 — 4 200
Супесь (супесок) 150
Песчаник 1 000
Садовая земля 40
Солончак 20
Суглинок
Суглинок, сильно увлажненный грунтовыми водами 10 — 60
Суглинок полутвердый, лесовидный 100
Суглинок при температуре минус 5 С° 150
Супесь (супесок) 150
Сланец графитовый 55
Супесь (супесок) 150
Торф
Торф при температуре 10° 25
Торф при температуре 0 С° 50
Чернозём 60
Щебень
Щебень мокрый 3 000
Щебень сухой 5 000

Руководство руководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной связи и радиотрансляционных узлов

Как измерить сопротивление заземления с помощью мультиметра и мегаомметра

«Диагностика» контура делается довольно часто. Измерение величины заземления проводится как при его обустройстве (последний, заключительный этап работы), так и в плане контроля состояния уже имеющегося.

Например, для проверки целостности стержня, оценки возможности использования контура без его реконструкции при значительном увеличении нагрузки на домашнюю электросеть, и в ряде других случаев

И уж тем более определение номинала сопротивления важно, если в цепи эл/питания нет защитных устройств (АВ, УЗО или дифференциального автомата)

Дело в том, что все перечисленные приборы для проведения официальных измерений не подходят. Для этого необходима специальная тестирующая аппаратура. Для «домашнего» же контроля состояния заземления можно использовать любой из образцов, который есть под рукой. Хотя результат будет лишь приблизительным, и это следует учитывать.

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.

Величины расчетного электрического удельного сопротивления грунта (таблица)

Грунт

Удельное сопротивление, среднее значение (Ом*м) Сопротивление заземления для комплектаZZ-000-015, Ом Сопротивление заземления для комплектаZZ-000-030, Ом Сопротивление заземления для комплектаZZ-100-102, Ом
Асфальт 200 — 3 200 17 — 277 9,4 — 151 8,3 — 132
Базальт 2 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Бентонит (сорт глины) 2 — 10 0,17 — 0,87 0,09 — 0,47 0,08 — 0,41
Бетон 40 — 1 000 3,5 — 87 2 — 47 1,5 — 41
Вода    
Вода морская 0,2
Вода прудовая 40 3,5 2 1,7
Вода равнинной реки 50 4 2,5 2
Вода грунтовая 20 — 60 1,7 — 5 1 — 3 1 — 2,5
Вечномёрзлый грунт (многолетнемёрзлый грунт)    
Вечномёрзлый грунт — талый слой (у поверхности летом) 500 — 1000 20 — 41
Вечномёрзлый грунт (суглинок) 20 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Вечномёрзлый грунт (песок) 50 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Глина    
Глина влажная 20 1,7 1 0,8
Глина полутвёрдая 60 5 3 2,5
Гнейс разложившийся 275 24 12 11,5
Гравий    
Гравий глинистый, неоднородный 300 26 14 12,5
Гравий однородный 800 69 38 33
Гранит 1 100 — 22 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Гранитный гравий 14 500 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Графитовая крошка 0,1 — 2
Дресва (мелкий щебень/крупный песок) 5 500 477 260 228
Зола, пепел 40 3,5 2 1,7
Известняк (поверхность) 100 — 10 000 8,7 — 868 4,7 — 472 4,1 — 414
Известняк (внутри) 5 — 4 000 0,43 — 347 0,24 — 189 0,21 — 166
Ил 30 2,6 1,5 1
Каменный уголь 150 13 7 6
Кварц 15 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Кокс 2,5 0,2 0,1 0,1
Лёсс (желтозем) 250 22 12 10
Мел 60 5 3 2,5
Мергель    
Мергель обычный 150 14 7 6
Мергель глинистый (50 — 75% глинистых частиц) 50 4 2 2
Песок    
Песок, сильно увлажненный грунтовыми водами 10 — 60 0,9 — 5 0,5 — 3 0,4 — 2,5
Песок, умеренно увлажненный 60 — 130 5 — 11 3 — 6 2,5 — 5,5
Песок влажный 130 — 400 10 — 35 6 — 19 5 — 17
Песок слегка влажный 400 — 1 500 35 — 130 19 — 71 17 — 62
Песок сухой 1 500 — 4 200 130 — 364 71 — 198 62 — 174
Супесь (супесок) 150 13 7 6
Песчаник 1 000 87 47 41
Садовая земля 40 3,5 2 1,7
Солончак 20 1,7 1 0,8
Суглинок    
Суглинок, сильно увлажненный грунтовыми водами 10 — 60 0,9 — 5 0,5 — 3 0,4 — 2,5
Суглинок полутвердый, лесовидный 100 9 5 4
Суглинок при температуре минус 5 С° 150 6
Супесь (супесок) 150 13 7 6
Сланец 10 — 100      
Сланец графитовый 55 5 2,5 2,3
Супесь (супесок) 150 13 7 6
Торф    
Торф при температуре 10° 25 2 1 1
Торф при температуре 0 С° 50 4 2,5 2
Чернозём 60 5 3 2,5
Щебень    
Щебень мокрый 3 000 260 142 124
Щебень сухой 5 000 434 236 207

Сопротивление заземления для комплектов ZZ-000-015 и ZZ-000-030, указанное в таблице, может использоваться
при различных конфигурациях заземлителя — и точечной, и многоэлектродной.

Электропроводность и посев/внесение удобрений

Связь между электропроводностью и вносимым в почву материалом (семена, удобрения и т.д.) нелинейна. Максимальный экономический эффект достигается при использовании данных почвенной электропроводности в сочетании с другой информацией. Это может быть история урожайности, данные проб почвы и местные агрономические данные. Так, в одних регионах более высокая электропроводность указывает на более высокое содержание глины и емкость катионного обмена почвы (CEC), что позволяет рассчитывать на высокую урожайность и планировать дополнительное внесение семян. В других регионах более высокая электропроводность указывает на избыток глины, что может ограничить урожайность, а значит, есть смысл уменьшить и нормы внесения семян. В обоих случаях карта почвенной электропроводности позволяет выделить разные участки и продумать индивидуальные методы их обработки. Если у вас есть карты почвенной электропроводности, вам пригодятся следующие модели:

  1. Переменные нормы внесения семян и азота на основе ожидаемой урожайности по каждому отдельному участку, рассчитанные исходя из уровней СЕС.
  2. Переменные нормы внесения семян на основе данных о глубине верхнего (пахотного) слоя почвы.
  3. Переменные нормы внесения в почву гербицидов на основе данных об органических веществах, структуре почвы и СЕС.
  4. Переменные нормы внесения извести на основе данных проб грунта в соответствии с уровнями СЕС.
  5. Ограничение применения гипса (сульфата кальция) на богатых натрием почвах.

Как измерить удельное сопротивление земли

Электрофизические свойства земли

Электрофизические свойства земли, в которой находится заземлитель, определяются ее удельным сопротивлением. Чем удельное сопротивление меньше, тем благоприятнее условия для расположения заземлителя.

Определение. Удельным сопротивлением земли называют сопротивление между противоположными плоскостями куба земли ребрами размером 1 м и измеряется в омах.

Чтобы представить себе это сопротивление, напомним, что куб меди с ребрами 1 м имеет сопротивление 175´10-6 Ом при 20 °С.

Таким образом, например, при значении r=100 Ом´м земля имеет сопротивление в 5,7 млрд. раз больше, чем сопротивление меди в том же объеме.

Ниже приведены приближенные значения удельных сопротивлений земли, Ом´м, при средней влажности летом при 20 °С:

— песок — 400…1000 и более;

— супесок — 150…400;

— суглинок — 40…150;

— глина — 8…70;

— садовая земля — 40;

— чернозем — 10…50;

— торф — 20;

— каменистая глина (приблизительно 50%) — 100;

— мергель, известняк, крупнозернистый песок с валунами — 1000…2000;

— скала, валуны — 2000…4000;

— речная вода (на равнинах) — 10…80;

— морская вода — 0,2;

— водопроводная вода — 5…60.

Примечание. Для сооружения заземлителей необходимо знать не приближенные, а точные значения удельных сопротивлений земли в данном месте. Они определяются на местах измерениями.

Свойства земли могут изменяться в зависимости от ее состояния — влажности, температуры и других факторов. Поэтому они могут иметь разные значения в разные времена года из-за высыхания или промерзания грунта, а также его состояния в момент измерения.

Эти факторы учитываются при измерениях удельного сопротивления земли сезонными коэффициентами и коэффициентами, учитывающими состояние земли при измерениях, чтобы требующееся сопротивление заземляющего устройства сохранялось в любой сезон и при любой влажности земли, т. е. при неблагоприятных условиях.

В табл. 1 приведены коэффициенты, учитывающие состояние земли при измерениях:

— коэффициент k1 применяется, если земля влажная, измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков;

— коэффициент k2 — если земля нормальной влажности, если измерению предшествовало выпадение небольшого количества осадков;

— коэффициент k3 — если земля сухая, количество осадков ниже нормы.

Таблица 1 Коэффициенты к измеренным значениям удельного сопротивления земли, учитывающие ее состояние во время измерения

Электрод (глубина погружения в землю)

k1

k2

k3

вертикальный

3 м

1,15

1

0,92

5 м

1,1

1

0,95

Горизонтальный

10 м

1,7

1

0,75

50 м

1,6

1

0,8

Измерение удельного сопротивления земли

Измерить удельное сопротивление земли можно прибором (измерителем заземлений) типа МС-08 (или другим подобным) методом четырех электродов. Измерение следует проводить в теплое время года.

Прибор работает по принципу магнитоэлектрического логометра. Прибор содержит две рамки, одна из которых включается как амперметр, вторая как вольтметр. Эти обмотки действуют на ось прибора в противоположных направлениях, благодаря чему отклонения стрелки прибора пропорциональны сопротивлению. Шкала прибора градуирована в омах. Источником питания при измерении служит генератор постоянного тока, приводимый во вращение от руки.

Рис. 1 . Схема измерения удельного сопротивления земли прибором МС-08

Если пропускать ток через крайние электроды (рис. 1), то между средними электродами возникает разность напряжений U. Значения U в однородной земле (слое) прямо пропорциональны удельному сопротивлению r и току I и обратно пропорциональны расстоянию, а между электродами:

U = rI/2pа или р = 2paU/I = 2paR, где R — показания прибора.

Чем больше значение межэлектродного расстояния а, рис. 1, тем больший объем земли охватывается электрическим полем токовых электродов. Благодаря этому, изменяя расстояние а, можно получить значения удельного сопротивления земли в зависимости от разноса электродов. При однородной земле вычисленное значение r не будет изменяться при изменении расстояния а (изменения могут быть вследствие разной степени влажности). В результате измерений, используя зависимость r от расстояния между электродами, можно судить о величинах удельных сопротивлений на разной глубине.

Измерение следует производить в стороне от трубопроводов и других конструкций и частей, которые могут исказить результаты.

Расположение заземляющих электродов

Формул расчёта заземления существует много. Целесообразно применять метод для искусственных заземлителей с геометрическими характеристиками в соответствии с ПУЭ. Напряжение питания составляет 380 В для трёхфазного источника тока или 220 В однофазного.

Нормированное сопротивление заземлителя, на которое следует ориентироваться, составляет не более 30 Ом для частных домов, 4 Ом – для источника тока при напряжении 380 В, а для подстанции 110 кВ – 0,5 Ом.

Для группового ЗУ выбирается горячекатаный уголок с полкой не менее 50 мм. В качестве горизонтальных соединительных перемычек используется полоса сечением 40х4 мм.

Определившись с составом грунта, по таблице выбирается его удельное сопротивление. В соответствии с регионом, подбирается повышающий коэффициент сезонности K м.

Выбирается количество и способ расположения электродов ЗУ. Они могут быть установлены в ряд или в виде замкнутого контура.

Замкнутый контур заземления в частном доме

При этом возникает их экранирующее влияние друг на друга. Оно тем больше, чем ближе расположены заземлители. Значения коэффициентов использования заземлителей K исп для контура или расположенных в ряд, отличаются.

Значения коэффициента
K
исп
при разных расположениях электродов

Количество заземлит. n (шт.)
1 2 3
2 0.85 0.91 0.94
4 0.73 0.83 0.89
6 0.65 0.77 0.85
10 0.59 0.74 0.81
20 0.48 0.67 0.76
Расположение электродов в ряд
Количество заземлит. n (шт.) Отношение расстояния между заземлителями к их длине
4 0.69 0.78 0.85
6 0.61 0.73 0.8
10 0.56 0.68 0.76
20 0.47 0.63 0.71

Влияние горизонтальных перемычек незначительно и в оценочных расчётах может не учитываться.

Типовая схема включения прибора

Работает принцип одновременного использования вольтметра-амперметра на испытуемом участке грунта. Есть три величины: сопротивление, напряжение, сила тока. Параметры вычисляются по закону Ома. Нам известно первоначальное напряжение, а прибор поддерживает силу тока. Зная падение напряжения между тестируемыми стержнями, мы с высокой точностью можем вычислить сопротивление контура заземления.

Погрешность есть, но она несущественна в сравнении с измеряемыми величинами. Сопротивление контакта тестового электрода с грунтом вообще принимается за нулевое, при условии, что стержень чистый и не покрыт коррозией.

Большинство современных приборов сразу выдают готовые параметры защитного заземления, а в старых (при этом не менее надежных и точных) конструкциях — надо будет выполнить простую операцию деления. В соответствии с законом Ома.

Проверка заземления мегаомметром проходит по тому же принципу, только погрешность измерения будет выше. Все-таки земля не является проводником электричества в привычном смысле.

Цель заземления

1. Безопасность для жизни человека / Строительство / Оборудование

  • Чтобы спасти человеческую жизнь от опасности поражения электрическим током или смерти, выдув предохранитель, т. Е. Обеспечить альтернативный путь прохождения тока повреждения, чтобы он не угрожал пользователю
  • Для защиты зданий, машин и оборудования в условиях сбоя.
  • Чтобы все открытые проводящие части не достигли опасного потенциала.
  • Обеспечить безопасный путь для рассеивания токов молнии и короткого замыкания.
  • Обеспечить стабильную платформу для работы чувствительного электронного оборудования, т.е. поддерживать напряжение в любой части электрической системы с известным значением, чтобы предотвратить чрезмерный ток или чрезмерное напряжение на приборах или оборудовании.

2. Защита от перенапряжения

Молния, перенапряжения или непреднамеренный контакт с линиями более высокого напряжения могут приводить к опасным высоким напряжениям в электрической распределительной системе. Заземление обеспечивает альтернативный путь вокруг электрической системы для минимизации повреждений в Системе.

3. Стабилизация напряжения

Есть много источников электроэнергии. Каждый трансформатор можно рассматривать как отдельный источник. Если бы не было общей точкой отсчета для всех этих источников напряжения было бы чрезвычайно трудно вычислить их отношения друг к другу.

Измерение сопротивления Земли (трехточечный метод)

Измерение сопротивления Земли (трехточечный метод)

В этом методе клеммы C1 и P1 тестера заземления замыкаются друг на друга и подключаются к тестируемому заземляющему электроду (трубе). Клеммы P2 и C2 соединены с двумя отдельными шипами, приводимыми в действие в землю. Эти два пика сохраняются в одной и той же линии на расстоянии 25 метров и 50 метров, из-за которых не будет взаимного вмешательства в поле отдельных шипов.

Если мы вращаем ручку генератора с определенной скоростью, мы получаем прямое сопротивление по земле по шкале . Длина спайка в земле не должна превышать 1/20 расстояние между двумя шипами. Сопротивление должно быть проверено путем увеличения или уменьшения расстояния между электродом тестера и шипами на 5 метров.

Обычно длина проводов должна составлять 10 и 15 метров или в пропорции 62% от D.

Предположим, расстояние от Current Spike от земного электрода D = 60 футов. Тогда расстояние от потенциального шипа составит 62% от D = 0, 62D, т.е. 0, 62 x 60 футов = 37 футов.

Электролаборатория

Замер удельного сопротивления земли

Удельное сопротивление грунта необходимо для обеспечения электробезопасности и для длительной и успешной работоспособности электрооборудования. Уровень «электропроводности» грунта характеризуется удельным сопротивлением грунта. На этот параметр могут влиять разные свойства земли (температура, влажность, плотность, химический состав). Измерение удельного сопротивления грунта необходимо для определения эффективности заземления, чтобы в случае плохой проводимости грунта, принять нужные меры.

Замер удельного сопротивления земли нужен для максимально эффективного обеспечения электробезопасности, а также для длительного срока службы и наилучшей работоспособности всех единиц оборудования на предприятии или в электрической сети. Уровень электропроводности земли зависит от удельного сопротивления.

На сопротивление влияет множество параметров: температура земли (чем выше, тем лучше проводимость), ее влажность (с увеличением влажности повышается и способность проводить ток), плотность и химический состав (не стоит недооценивать состав земли, ибо это также важный момент, ведь каждое вещество пропускает ток по-разному). Как известно, земля должна обладать достаточной проводимостью для эффективного заземления. Измерение удельного сопротивления грунта позволяет точно определить уровень проводимости и определить дальнейшие действия по улучшению проводимости. Безопасность и длительный срок службы оборудования будет напрямую зависеть от правильности замера проводимости земли.

Измерения удельного сопротивления грунта

Стоит отметить, что измерения удельного сопротивления грунта имеет смысл осуществлять в тот момент, когда условия для этого оптимальны, так что данные измерительные работы обычно проводятся летом, когда тепло и сухо. В том случае, если замеры удельного сопротивления грунта проводятся, скажем, на севере, где всегда холодно, то осуществляются все подобные работы во время наиболее сильно промерзания земли.

Измерение сопротивления земли — это далеко не единственный, но зато весьма эффективный способ обезопасить персонал и оборудование. Это нужно для безопасной эксплуатации электроэнергетических объектов, продления срока службы электрооборудования, а также для безопасности персонала. В идеале сопротивление заземления должно равняться примерно нулю, однако в реальных условиях этого достичь попросту невозможно. Объясняется этот факт тем, что в совокупности проводка, грунт и все электроприборы из системы электрической коммуникации предприятия имеет свое сопротивление. Это общее сопротивление в любом случае получается довольно высоким, поэтому, например, при пробое тока на корпус или силовой щит оборудования, соединенный с заземлением, ток уйдет в грунт не так быстро как это необходимо, а, следовательно, может повредить приборы, подсоединенные к сети. И даже это далеко не самое страшное, ведь худший исход – это пожар и угроза здоровью человека. Последствия такого исхода могут быть самыми плачевными, поэтому нужно пытаться избегать этого любыми методами.

Повышение безопасности работы электрооборудования

Существует огромный список мероприятий по повышению безопасности работы электрооборудования, так что вышеописанных ситуаций можно легко избежать путем проведения не только плановых, но и внеплановых проверок и замеров сопротивления грунта или других видов работ (различные замеры, испытания и диагностики). Это не только продлит срок службы оборудования, но и сохранит вам нервы и солидные средства. Вы сможете быть уверены в надежности системы отвода тока и не переживать за защитную систему от пробоя.

Чтобы все измерения были максимально точными, наши работники используют только точное и самое современное оборудование. Наша цель – это довольные нашей работой клиенты и сохранение деловой репутации. Наша деятельность всегда продуктивна и объективна. Это обусловлено высокой квалификацией наших профессиональных сотрудников.

Исходные данные для расчета заземления

1. Основные условия, которых необходимо придерживаться при сооружении заземляющих устройств это размеры заземлителей.

1.1. В зависимости от используемого материала (уголок, полоса, круглая сталь) минимальные размеры заземлителей должны быть не меньше:

  • а) полоса 12х4 – 48 мм2;
  • б) уголок 4х4;
  • в) круглая сталь – 10 мм2;
  • г) стальная труба (толщина стенки) – 3.5 мм.

Минимальные размеры арматуры применяемые для монтажа заземляющих устройств

1.2. Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1.5 – 2 м.

1.3. Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.

В зависимости от позволяющей площади и удобства монтажа заземляющие стрежни можно размещать в ряд, либо в виде какой ни будь фигуры (треугольник, квадрат и т.п.).

Цель расчета защитного заземления.

Основной целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.

Заземление в электрической сети

Основная причина для заземления в электрических сетях — это безопасность. Когда все металлические детали в электрооборудовании заземлены, тогда, если изоляция внутри оборудования не работает, в корпусе оборудования нет опасных напряжений.

Процесс электрического соединения с самой землей часто называют «заземлением», особенно в Европе, где термин «заземление» используется для описания вышеуказанной наземной проводки.

Если живая проволока касается заземленного корпуса, цепь эффективно закорочена, и предохранитель сразу же взорвется. Когда предохранитель перегорел, опасные напряжения отключены.

Влияние различных факторов

Состав земли, размеры, конфигурация и компактность размещения её фрагментов, влагосодержание и температура, содержание растворимых химических компонентов (солей, кислот, щелочей, остатков гниения органических примесей) отражаются на значении уровня электропроводности. Все эти параметры трансформируются в зависимости от времени года, поэтому меняются и свойства грунта, причём в обширном диапазоне.

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:

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.

Метод построения заземляющей ямы

  • Раскопки на земле для нормальной земли. Размер ямы составляет 1.5MX 1.5MX 3.0 M.
  • Используйте 500 мм X 500 мм X 10 мм GI Plate или Bigger для большего количества контактов Земли и уменьшения сопротивления земли.
  • Сделайте смесь древесной угольной порошковой соли и песка в равной пропорции
  • Древесный уголь Порошок используется как хороший проводник электричества, антикоррозийный, ржавчина доказывает для пластины GI для долгой жизни.
  • Целью угля и соли является постоянное увлажнение почвы.
  • Соль просачивается, и уголь поглощает воду, удерживая почву влажной.
  • Уход всегда следует проводить, поливая ямы земли летом, чтобы почва ямы была влажной.
  • Уголь изготовлен из углерода, который является хорошим проводником, минимизирующим устойчивость к земле.
  • Использование соли в качестве электролита для формирования проводимости между GI Plate Coal и Earth с влажностью.
  • Песок используется для образования пористости для циклирования воды и влаги вокруг смеси.
  • Положите пластину GI (ЗЕМНАЯ ПЛИТА) размером 500 мм Х 500 мм X 10 мм в середине смеси.
  • Используйте Double GI Strip размером 30 мм X 10 мм для подключения пластины GI к системе Earthling.
  • Лучше использовать трубку GI диаметром 2, 5 дюйма с фланцем на верхней части трубы GI для покрытия полосы GI от EARTH PLATE до верхнего фланца.
  • Накройте верхнюю часть трубы GI тройным соединением, чтобы избежать заклинивания трубы с пылью и грязью, а также время от времени использовать воду через эту трубу на дне земной пластины.
  • Поддерживайте сопротивление менее 1 Ом от проводника PART EARTH до расстояния 15 метров вокруг ЗЕМЛИ PIT с другим проходом проводника на Земле глубиной не менее 500 мм.
  • Проверьте напряжение между проводниками заземления на нейтраль сетевого питания 220 В переменного тока 50 Гц, оно должно быть менее 2, 0 В.

Удельное электрическое сопротивление грунтов — Справочник химика 21


из «Электрохимическая коррозия и защита магистральных газопроводов»

При исследованиях коррозии подземных сооружений значительное место отводится роли омического сопротивления коррозионной цепи, зависящего от удельного электрического сопротивления грунта р. В. А. Пригула (14] и Д. Дэй [15] полагают, что скорость коррозии металлов определяется омическим сопротивлением грунтов. Правилами защиты [16] при определении коррозионной активности грунтов за основу также принимается омическое сопротивление грунтов. Однако многие авторы такой связи не подтверждают [17—19]. [c.15]
Апплгейт 19], считая приемлемым оценку коррозионной активности грунтов по их электрическому сопротивлению, отмечает принципиальную трудность в использовании этих данных из-за значительного разброса величин р. Автор считает, что при применении величин р в качестве критерия коррозионности грунтов его высокие значения не должны приниматься во внимание, так как они могут вызываться наличием включений скальных пород, галечника, песка и т. п. Низкие значения р должны учитываться, потому что они отражают концентрацию в грунте химически активных составляющих. [c.16]
Различные исследователи указывают разные пределы значений р, связываемые ими с величиной коррозионной активности грунтов. Е. Р. Шепард [18] указывает, что грунты США со значениями р 5 ом-м вызывают сильную коррозию, а коррозионная активность грунтов с р 10 ом-м — неопределенна. [c.16]
Притула [14] предложил шкалу коррозионной активности грунтов со следующими интервалами величин удельного электрического сопротивления грунта р ом-м) О—5 — особо высокая 5—10 — высокая 10—20 — повышенная 20—100 — нормальная больше 100 — низкая. Эта шкала в СССР наиболее распространена. [c.16]
Шкала коррозионной активности грунтов В. Ф. Не-греева [12] имеет следующие интервалы (р в ом-м) О—5 — чрезвычайно опасная 5—10 — очень опасная 10—20 — опасная, 20—50 — умеренно опасная больше 50 — неопасная. [c.16]
Интервалы коррозионной активности некислых грунтов, определенные Ф. Уотерсом [20], соответствуют следующим значениям р (ом-м) О—9 — очень сильно агрессивные 9—23 — сильно агрессивные 23—50 — среднеагрессивные 50—100 — умеренно агрессивные больше 100 — очень умеренно агрессивные. Эти же интервалы приводят Клас и Хейм [21]. [c.16]
Для выяснения характера влияния сопротивления грунта на питтинговую коррозию газопровода, протекающую под действием макропар [10], определим диапазон изменения величин р песчано-глинистых грунтов, распространенных на трассе газопровода. Минимальными сопротивлениями обладают засоленные аллювиальные и делювиальные суглинки с включениями гипса (р=1—15 ом-м), максимальными — аллювиальные пески с включением флювиогляциальных отложений (р = 50 000 ом-м) (табл. 1). Включения опок, трепела, флювиогляциальных отложений вызывают повышение величины р. [c.19]
Величина удельного сопротивления и для одного вида грунта характеризуется значительным диапазоном изменений. Это является следствием различной влажности, удельной поверхности и физико-химических свойств грунта, степени минерализации и химического состава вод, содержащихся в нем [22]. [c.19]
Покровные суглинки включениями опок и тре пела. [c.20]
Суглинки, подстилав ые пескам . [c.20]
Обработка экспери.ментальных данных, полученных на трассе, полностью подтверждает сделанное предположение, Значения р, при которых коррозия, выраженная глубиной каверн бк, приобретает минимальные и максимальные значения, приведены в табл, 1, Некоторый разброс экспериментальных данных, наблюдающийся особенно в песчаных грунтах, по-видимому, вызван влиянием минерализации грунтовых вод, воздухопроницаемости и других физико-химических особенностей грунта. [c.21]
Значения р (соответствующие w), при которых обеспечено минимальное суммарное торможение анодной и катодной реакции, являются наиболее опасными в отношении коррозии. При высоких абсолютных значениях р катодный контроль может уступить место катодноомическому или даже чисто омическому контролю [10]. [c.22]
При выборе максимальных значений глубины каверн при каждом значении р может быть получена зависимость, представленная на рис. 8. Эта зависимость изменяется во времени. Так, в начале эксплуатации газопровода (кривая /), соответствующем началу работы макропар и образования каверн, увеличение бк в интервале низких сопротивлений проявляется незначительно. С увеличением срока службы газопровода (кривые 2—4), т. е. при усилении работы макропар и разрушении изолирующего покрытия, устанавливается однозначная связь между бк и р с уменьшением р растет бк- Чем больше время эксплуатации, тем заметнее проявляется эта зависимость. Максимальные величины глубины каверн соответствуют интервалу низких сопротивлений. [c.22]
Некоторыми авторами [18, 19] отмечается увеличение коррозионных повреждений трубопроводов при резких колебаниях омического сопротивления грунта вдоль трассы. Данные исследования газопровода Саратов — Москва показывает, что в этом случае проявляется зависимость коррозии газопровода от чередования грунтов трассы. [c.24]
Минимальная величина удельного сопротивления грунта, при которой коррозия газопровода неопасна, составляет более 500 ом-м. Изменение сопротивления грунта в пределах 1000—100 000 ом-.ч на коррозию газопровода практически не влияет. [c.24]

Вернуться к основной статье

Коррозионная агрессивность почвы — Энциклопедия по машиностроению XXL

Оценка коррозионной агрессивности почвы  [c.71]

КОРРОЗИОННАЯ АГРЕССИВНОСТЬ ПОЧВЫ  [c.84]

На-коррозионную агрессивность почвы влияет ряд физических, химических и биологических факторов. К ним относятся структура почвы, содержание влаги, насыщенность кислородом, концентрация химических соединений, кислотность, электропроводность, присутствие микроорганизмов и т. д.  [c.84]

Коррозионная агрессивность почвы в значительной мере зависит от степени ее увлажнения. На рис. HI-9 приведены кривые, показывающие изменение коррозионных потерь стали в зависимости от содержания в почве влаги. При минимальной влажности почв коррозионные потери невелики. По мере увеличения влажности коррозия возрастает и при некотором критическом значении влажности достигает максимума. Критическая влажность зависит от состава и структуры почвы для глинистых почв она колеблется между 12 и 25%, для песчаных — межДу 10 и 20%. При значениях влажности, превышающих критические, коррозия замедляется, так как приток кислорода, необходимого для осуществления процесса катодной деполяризации, затруднен. Часто металлические конструкции, уложенные ниже уровня грунтовых вод, имеют минимальные коррозионные разрушения, что объясняется ограниченным доступом кислорода к металлу.  [c.85]


Большинство почв обнаруживают нейтральную или близкую к нейтральной реакцию (pH = 5-т-8). В этом случае коррозионная агрессивность почвы зависит от влияния других факторов. Существуют также почвы, имеющие кислую (pH = 3- 4) или щелочную (pH = 10- 12) реакцию и отличающиеся большой агрессивностью. Кислыми почвы становятся вследствие присутствия угольной или органических кислот, щелочными — в присутствии известняка, карбонатов калия или натрия. В кислых почвах коррозия металлов может протекать с водородной деполяризацией.  [c.86]

Связь между удельным электрическим сопротивлением и коррозионной агрессивностью почвы  [c.87]

Коррозионная агрессивность почвы  [c.87]

Почвы с большим содержанием растворимых химических соединений и со значительной влажностью обычно характеризуются хорошей электропроводностью. Поэтому величину удельного электрического сопротивления почвы часто принимают за основной критерий ее коррозионной агрессивности. В табл. П1-3 представлена оценка коррозионной агрессивности почвы в зависимости от удельного сопротивления.  [c.87]

Выше мы обсудили важнейшие факторы, влияющие на коррозионную агрессивность почвы. Следует, однако, помнить, что она  [c.87]

Что такое коррозионная агрессивность почвы  [c.111]

В действующих правилах защиты подземных металлических сооружений от коррозии (СН 28—58), коррозионная агрессивность почв и грунтов характеризуется их удельным сопротивлением (табл. 20).  [c.72]

Полевые методы определения коррозионной агрессивности почв и грунтов  [c.82]

В настоящее время основным способом оценки коррозионной агрессивности почв и грунтов является определение их удельного электрического сопротивления, выполняемого методами электроразведки. Эта характеристика необходима также для расчетов электрической защиты.  [c.83]

При необходимости следует предусматривать засыпку песком или специальными материалами для предотвращения вредного влияния коррозионно-агрессивной почвы на ответственные сооружения и оборудование, а также на трубопроводы, проложенные в агрессивных грунтах, или в производственных отвалах, или свалках бытовых отходов.  [c.352]

Коррозионная агрессивность почв, определенная электролитическими измерениями и потерей веса анодов  [c.1096]

Установление солевого состава почвы, так же как и аначения pH, оказывается недостаточным для опреде юнного суждения о коррозионной активности почв, несмотря на то что наличие значительного количества хлор-ионов (солончаковые почвы) справедливо пытаются в некоторых случаях связать с повышенной коррозионной агрессивностью почвы.  [c.381]

Здесь 1к — изменение тока в цепи железного катода, поляризуемого при постоянном потенциале (—1,1 в), в условиях почвы при перемещении этого катода вдоль по трассе на расстояние А/. Величина А/к в предлагаемом методе оценки коррозионной агрессивности почвы 22] будет определять величину изменения катодной поляризуемости вдоль по трассе АР к и прямо связанную с ней величину изменения общего коэффициента диффузии кислорода О . В качестве величины р в первом приближении может быть взято среднее удельное сопротивление почвы на данном участке трассы.  [c.386]


Наиболее агрессивны ионы СГ и S04 . При наличии ионов хлора больше 0,1 % (солончаковые почвы) или при суммарном количестве ионов хлора и сульфат-ионов более 300 г/л почва обладает высокой коррозионной агрессивностью по отношению к стали. В табл. 7 приведен химический состав почвенных вод, характеризующий их коррозионную активность [11]-  [c.43]

Легирующие элементы низколегированных сталей при почвенной коррозии уменьшают начальную скорость образования коррозионных язв. Максимальная глубина язв также меньше, чем в нелегированных сталях. Хром и молибден повышают коррозионную устойчивость легированных сталей при наличии коллоидов. Из низколегированных сталей изготавливают конструкции для сооружений, находящихся в агрессивных почвах.  [c.91]

Почва города Уфы представляет собой глины, суглинки (с глубиной залегания до 5 метров), аргиллиты, песчаники (с глубиной залегания от 5 до 10 метров). Установившийся уровень воды составляет 5-10 метров. Удельное сопротивление грунта составляет от 10 до 45 Ом-м. Такое удельное электрическое сопротивление грунта по отношению к углеродистой стали относит коррозионную агрессивность грунта в городе Уфе к группе высокая .  [c.53]

Однако не только структура, способность пропускать влагу и воздух определяют коррозионную активность почвы. Важными факторами, связанными с коррозионной активностью почвы, являются [1] влажность почвы, pH и общая кислотность, окислительно-восстановительный потенциал, состав и концентрация находящихся в почве солей. Важно содержание не только таких агрессивных анионов, как С1 , S0 , N0 и др., но и катионов, от которых зависит возникновение защитных пленок электропроводность почвы. Перечисленные факторы не являются постоянными, они, в свою очередь, зависят от времени года, температуры, количества выпадающих осадков, количества ветров и т. д. Кроме того, они связаны между собой так, например, электропроводность почвы зависит от влажности, состава и концентрации солей и от структуры почвы. Методы физико-химического исследования почв нецелесообразно рассматривать в настоящей книге, так как они описаны в специальных руководствах по почвоведению [330, 331] и частично освещены в справочнике [332], в котором подробно рассматриваются, кроме того, применяемые в настоящее время методы измерения электропроводности почвы.  [c.225]

ИЗ них —кислую реакцию (pH 3—6), а другие — щелочную (pH 7,5—9,5). Увлажненность почвы характеризуется ее электропроводностью, по которой можно судить и о степени ее коррозионной агрессивности.  [c.19]

Чтобы определить возможность возникновения макроэлементов вдоль трассы, строятся графики распределения удельного сопротивления с определением протяженности чередующихся участков трассы с сопротивлениями, отвечающими предельным значениям коррозионной активности почв. График изменения р вдоль трассы приведен на рис. 1-26. Из графика видно, что наиболее агрессивным участком на протяжении 4 км трассы является 8 (удельное сопротивление 3 ом-м), рядом с которым расположен  [c.57]

На коррозионную активность почвы существенное влияние оказывает ее влажность. Агрессивность почвы повышается с увеличением влажности до критической, а затем начинает падать. Это объясняется тем, что при малой влажности электрическое сопротивление почвы велико, а при большой влажности уменьшается доступ кислорода, необходимого для процесса катодной деполяризации. Однако коррозионная активность разных почв при одинаковой влажности может изменяться в широких пределах.  [c.18]


В промышленности до сих пор не могут полностью оценить создавшейся ситуации. Все возрастающие количества стоков со все увеличивающейся коррозионной агрессивностью вводятся в кругооборот. Это сопровождается непрерывным усилением способности к химическому разъеданию. Усиливается коррозионная активность атмосферы, почвы и природных вод. Возрастает сложность коррозионных проблем.  [c.28]

Коррозионная активность почвы, или ее агрессивность, зависит от многих факторов  [c.58]

Из других составляющих присутствие карбонатов считается благоприятным для замедления коррозии, так как они способствуют образованию защитных пленок на поверхности металла. Показатель кислотности почвы не может характеризовать ее коррозионную активность, так как для большинства почв он равен или близок к 7. При этих условиях почвы могут быть как высоко агрессивными, так и безопасными в отношении коррозии. Лишь крайние значения (порядка 4—5 и близкие к 12—14) явно указывают на высокую коррозионную активность почв. Таким образом, показатель кислотности почвы может оказаться полезным только в ограниченном числе случаев.  [c.76]

Удельное электрическое сопротивление оказьшает большое влияние на коррозионную агрессивность почвы, которая тем больше, чем меньше ее удельное сопротивление. Однако ввиду того, что удельное сопротивление зависит от влажности, состава и концентрации солей, воздухопроницаемости почвы и др., по его значению нельзя однозначно оценить коррозионную активность почвы. Интенсивность почвенной коррозии -результат воздействия многочисленных взаимосвязанных и переменных во времени факторов, и изменение одного из них оказывает влияние на суммарное воздействие факторов. В СССР коррозионную активность почв по отношению к стали оценивают по трем показателям удельному сопротивлению, потере массы образцов и плотности поляризующего тока. Коррозионную активность грунтов устанавливают по показателю, характеризующему наибольшую коррозионную активность (табл. 9).  [c.45]

РОЛЬ МИКРО- И МАКРОКОРРОЗИОННЫХ ПАР ПРИ ОЦЕНКЕ КОРРОЗИОННОЙ АГРЕССИВНОСТИ ПОЧВЫ  [c.383]

Для не очень протяженных конструкций, как, например, оснований опорных мачт, оснований газгольдеров и других компактных сооружений почва в месте сооружения часто принимается достаточно однотипной, однако возможность значительных различий в аэрации отдельных участков не исключается. Здесь возможно образование и функционирование наряду с микрокоррозионными парами также и макроко-ррозионных пар не слишком большой протяженности типа б, в или г (см. 5 этой главы). Если считать, из чисто инженерных соображений, что наиболее опасным видом коррозии (особенно сильно вредящим герметичности и прочности сооружения) является местная язвенная коррозия, то можно в основном коррозионную агрессивность почвы для данных объектов рассматривать только как вызываемую работой коррозионных макропар. Тогда для определения коррозионной активности почвы следует оценить действие факторов, обусловливающих в первую очередь эффективность функционирования макропар средней протяженности. Можно считать, что вероятность возникновения и эффективность работы подобных пар зависит от кислородной проницаемости пО Чвы, так как главным О бразовоздухопроницаемых почвах возникают активные коррозионные макропары в результате неодинаковой аэрации на краях конструкции, на разных глубинах заложения конструкции или вследствие местной неоднородности почвы (комки более плотной почвы),  [c.385]

Роль микро- и макрокоррозионных пар при оценке коррозионной агрессивности почвы. …………  [c.590]

Электропроводимость грунтов, которая колеблется от нескольких единиц до сотен Ом на метр зависит главным образом от его влажности, состава и количества солей и структуры. Увеличение засоленности грунта облегчает протекание анодного процесса (в результате депассивирующего действия особенно галоидных солей), катодного процесса (например, ускорение катодного процесса окисными солями железа) и снижает электросопротивление. Во многих случаях величина электропроводности почв и грунтов с достаточной точностью характеризует их коррозионную агрессивность для стали и чугуна (за исключением водонасыщенных грунтов) и используется в этих целях. Ниже приведена характеристика коррозионной активности грунтов по их удельному сопротивлению  [c.387]

Влияние pH. С увеличением содержания углекислого газа в воздухе повышается содержание углекислоты в растворе почвенной воды, что приводит к растворению карбоната кальция и образованию бикарбоната кальция, который понижает кислотность. В почвах, лишенных СаСОз, pH не может быть больше 7. Минимальная агрессивность почв по отношению к стали наблюдается при pH = 10—14. С понижением pH почвы ниже 6, особенно при значительной обшей кислотности почвы (гумусовые и болотистые почвы), ее коррозионная активность будет возрастать, так как при этих условиях с заметной скоростью может происходить процесс водородной деполяризации.  [c.43]

Химический состав водной вытяжки из разных почв очень разнообразен. В песчаных почвах содержание солей составляет всего 10—20 мг/л, в то время как в коррозионно-активных почвах концентрация хлор- и сульфат-ионов достигает 4000 мг/л. Более высокому содержанию солей соответствует более высокая агрессивность почвы. Эта зависимость служит основой для определения коррозионной активности почвы путем измерения ее удельного электрического сопротивления. Почвы с удельным сопротивленеим до 10 Ом-м высокоагрессивные, от 10 до 20 Ом-м — среднеагрессивные и выше 20 Ом-м — слабоагрессивные.  [c.31]

Подземная коррозия определяется как коррозия в почвах и грунтах. Коррозионную агрессивность грунтов характеризуют величиной удельного сопротивления и химическим составом грунта. В соответствии с ГОСТ 9.015—74 при значении электрического сопротивления до 5 Ом-м грунт оценивается как сильноагрессивный , от 5 до 20 Ом-м — среднеагрессивный , от 20 до 100 Ом-м — слабоагрес-сивиый и свыше 100 Ом-м — неагрессивный . При анализе водных вытяжек из проб грунта определяют pH, содержание хлора, железа, нитрат ионов, водорастворимых органических веществ, общую жесткость.  [c.51]


Развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства и массовая урбанизация привели за последние годы к сильному за грязнению окружающей нас среды. Помимо отрицательных послед ствий для человека, а также для животного и растительного мира это привело к увеличению коррозионной агрессивности воздуха воды и почвы.  [c.113]

В том случае, когда почва отличается весьма большой коррозионной агрессивностью, применяют асфальтовую изоляцию с двумя или тремя армирующими прокладками из стекломатери-алов. В табл. VII-2 представлены различные типы асфальто-стек-лянных покрытий и их минимальная толщина.  [c.181]

Скорость коррозии чугунов в водных средах зависит от их состава и в значительной степени от содержания кислорода. В насыщенной воздухом неподвижной морской или пресной воде скорость коррозии составляет 0,05. .. 0,1 мм/год. В жесткой воде скорость коррозии ниже, нежели в смягченной воде. Крайне агрессивны по отношению к чугуну шахтные воды с высоким содержанием кислот, образующихся при гидролизе железных солей сильных кислот, в основном сульфатов. Ионы железа могут действовать как эффективные деполяризаторы. Б ряде случаев использование чугуна в шахтных водах недопустимо. Снижение концентрации кислорода в среде увеличивает стойкость чугунов. Однако в деаэрированных средах могут присутствовать сульфатовосстанавливающие бактерии, которые могут действовать как эффективные деполяризаторы. В такой ситуации скорость коррозии чугуна достигает 1,5 мм/год. При этом происходит интенсивное обогащение поверхности чугуна углеродом. Такой процесс иногда называют графитовой коррозией (графитизацией чугуна). Движение коррозионной среды интенсифицирует подвод кислорода к поверхности и тем самым способствует увеличению скорости коррозии. Турбулентный поток вызывает местную коррозию чугуна. Подземная коррозия чугунных труб зависит от электропроводности почв. Обычно считается, что почва с удельным сопротивлением более 3000 Ом. см не агрессивна. При уменьшении удельного сопротивления агрессивность почвы быстро повышается. В неагрессивных почвах влажность составляет менее 20 %. Скорость общей коррозии в почве близка к 0,1 г/(м .сут), скорость местной коррозии до 1,75 мм/год в песчаных грунтах с удельным электрическим сопротивлением НО Ом. см. Скорость коррозии серого чугуна в городской, промышленной и морской атмосфере близка к 1 г/(м .сут).  [c.486]

Ориентировочно можно утверждать, что более высокое содержание солей, а следовательно, и более высокое значение электропроводности среды, соответствуют более высокой ее агрессивности. Исходя из этого положения, в практике выявления коррозионного поведения подземных сооружений применяют метод определения удельного сопротивления среды для оценки ее коррозионной активности. Почвы при удельном электросопротивлении менее 10 ом -м относятся к высокоагрессивным, при удельном сопротивлении 10—20 ом-м считаются среднеагрессивными, а при 20 ом-м и более — малоагрессивными. Структура почвы оказывает существенное влияние на скорость коррозии, так как она определяет условия поступления кислорода. Поэтому общая потеря массы металла больше в песчаных грунтах, а проницаемость его больше в глине (рис. 8).  [c.25]

Кислотность почвы. Кислотность почвы в большинстве случаев е оказывает непосредственного влияния на скорость коррозии. Интенсивная коррози.ч может наблюдаться при различных значениях концентраций водородных ионов pH почвы в кислых почвах с pH примерно 3—4, в щелочных с pH до 14 и в нейтральных с pH = 7. Однако при высоких показателях кислотности (pH = 2 -2>) и щелочности (pH = 11- -14) всегда наблюдается интенсивная коррозия. При кислотности, близкой к нейтральной (когда pH = 5- -8), интенсивная коррозия обусловливается другими факторами. Однако и показатели кислотности могут служить основанием для некоторой ориентировочной оценки степени коррозионной активности почвы, так как при различных интвервалах pH агрессивность почвенного раствора определяется природой растворимых составляющих (рис. 16). В пределах pH 7—8,5 активная реакция почв зависит от системы НСОз СаСОз. Более щелочная реакция обычно обусловливает-  [c.31]

При сооружении заводских подземных трубопроводов необходимо обеспечить защиту их от коррозии. Для этого при проектировании должна быть предусмотрена защита не только нового, но и уже эксплуатируемого трубопровода, и учтена характеристика, коррозионных условий их работы. Частично эти данные можно получить из проектного задания (характер среды, температура, расположение трубопровода, возможные источники блуждающего тока и т. д.). Некоторые же условия, очень важные для проектирования защиты от корроз1ии, могут быть установлены только путем специальных исследований, которые нужно провести одновременно с общими изысканиями при проектировании. К числу этих исследований относятся определения агрессивности почвы, возможные источники питания для установок катодной защиты и т. д. Таким образом, меры по защите подземных сооружений от коррозии должны быть сведены к следующим последовательным этапам  [c.56]

Полное определение этих факторов и пх взаимное влияние на коррозионную актив ность почвы определить почти невозможно из-за одновременного влияния большого числа факторов. Поэтому при оценке коррозионной активности почвы определяют какой-либо один основной показатель, который косвенно характеризует остальные свойства и поз1воляет только приближенно установить степень агрессивности почвьг. При этом приходится мириться с тем, что некоторые определения коррозионной актианости  [c.58]

Химический анализ почвы. Химический состав водорастворимых составляющих пока не является достаточно эффективным для оценки агрессивности почвы. Установить зависимость коррозионной активности от присутствия тех или других ионов не удается. Однако известно, что наиболее агрессивными составляющими почвы являются хлориды и сульфаты. Так как эти соли почти всегда имеются в почве в известном количестве, их присутствие не может служить показателем коррозионной активности. В результате анализа многочисленных данных удалось установить [10], что содержание ионов С1″ и 50Г свыше 0,1% часто сопровождается повышением коррозионной активности почвы. Однако и противоположные случаи были слишком часты, поэтому определенных выводов сделать нельзя. В то же время на практике наблюдались случаи, когда следствием самого высокого содержания хлоридов было даже уменьшение коррозии. Это объясняли тем, что соли способствуют влагоудержанию почвы и этим предохраняют ее от растрескивания. В результате затрудняется доступ к металлу воздуха, кислород которого нужен для процесса кислородной деполяризации.  [c.75]


% PDF-1.4 % 810 0 объект > эндобдж xref 810 73 0000000016 00000 н. 0000002834 00000 н. 0000002996 00000 н. 0000004117 00000 н. 0000004252 00000 н. 0000004394 00000 н. 0000004848 00000 н. 0000005024 00000 н. 0000005138 00000 п. 0000005415 00000 н. 0000005903 00000 н. 0000006990 00000 н. 0000008006 00000 н. 0000008979 00000 н. 0000009876 00000 н. 0000010790 00000 п. 0000011792 00000 п. 0000012208 00000 п. 0000012615 00000 п. 0000012892 00000 п. 0000013300 00000 п. 0000014273 00000 п. 0000015191 00000 п. 0000025971 00000 п. 0000026088 00000 п. 0000026201 00000 п. 0000026280 00000 п. 0000026377 00000 п. 0000026526 00000 п. 0000030525 00000 п. 0000030560 00000 п. 0000030638 00000 п. 0000041143 00000 п. 0000041476 00000 п. 0000041542 00000 п. 0000041658 00000 п. 0000041736 00000 п. 0000042051 00000 п. 0000042106 00000 п. 0000042222 00000 н. 0000042292 00000 п. 0000042374 00000 п. 0000045846 00000 п. 0000046113 00000 п. 0000046278 00000 н. 0000046305 00000 п. 0000046604 00000 п. 0000046674 00000 п. 0000046758 00000 п. 0000050339 00000 п. 0000050612 00000 п. 0000050784 00000 п. 0000050811 00000 п. 0000051112 00000 п. 0000059197 00000 п. 0000059488 00000 п. 0000059886 00000 п. 0000066356 00000 п. 0000066395 00000 п. 0000066473 00000 п. 0000066742 00000 п. 0000066820 00000 н. 0000067131 00000 п. 0000072770 00000 п. 0000078409 00000 п. 0000107299 00000 н. 0002094079 00000 п. 0002096657 00000 п. 0002099235 00000 н. 0002101193 00000 п. 0002109414 00000 п. 0000002639 00000 н. 0000001793 00000 н. трейлер ] / Назад 7450613 / XRefStm 2639 >> startxref 0 %% EOF 882 0 объект > поток htSYHTaL3.ږ miH (L / ƖV), r4dIǪG {{M I’o56w4] &. VAi%, ȶ.TVzzLϏ. \ HoMG9U ֐ B3M ֺ = gPӮ2 @ վ QV

Международный журнал научных и технологических исследований

ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В IJSTR (ISSN 2277-8616) —

Международный журнал научных и технологических исследований — это международный журнал с открытым доступом из различных областей науки, техники и технологий, в котором особое внимание уделяется новым исследованиям, разработкам и их приложениям.

Приветствуются статьи, содержащие оригинальные исследования или расширенные версии уже опубликованных статей конференций / журналов. Статьи для публикации отбираются на основе экспертной оценки, чтобы гарантировать оригинальность, актуальность и удобочитаемость.

IJSTR обеспечивает широкую политику индексирования, чтобы опубликованные статьи были хорошо заметны для научного сообщества.

IJSTR является частью экологически чистого сообщества и предпочитает режим электронной публикации, поскольку он является «ЗЕЛЕНЫМ журналом» в Интернете.

Мы приглашаем вас представить высококачественные статьи для обзора и возможной публикации во всех областях техники, науки и технологий.Все авторы должны согласиться с содержанием рукописи и ее представлением для публикации в этом журнале, прежде чем она будет отправлена ​​нам. Рукописи следует подавать в режиме онлайн


IJSTR приветствует ученых, заинтересованных в работе в качестве добровольных рецензентов. Рецензенты должны проявить интерес, отправив нам свои полные биографические данные. Рецензенты определяют качественные материалы.Поскольку ожидается, что они будут экспертами в своих областях, они должны прокомментировать значимость рецензируемой рукописи и то, способствует ли исследование развитию знаний и развитию теории и практики в этой области. Заинтересованным рецензентам предлагается отправить свое резюме и краткое изложение конкретных знаний и интересов по адресу [email protected]

.

IJSTR публикует статьи, посвященные исследованиям, разработкам и применению в областях инженерии, науки и технологий.Все рукописи проходят предварительное рецензирование редакционной комиссией. Вклады должны быть оригинальными, ранее или одновременно не публиковаться где-либо еще, и перед публикацией они должны быть подвергнуты критическому анализу. Статьи, которые должны быть написаны на английском языке, должны иметь правильную грамматику и правильную терминологию.


IJSTR — это международный рецензируемый электронный онлайн-журнал, который выходит ежемесячно. Цель и сфера деятельности журнала — предоставить академическую среду и важную справочную информацию для продвижения и распространения результатов исследований, которые поддерживают высокоуровневое обучение, преподавание и исследования в области инженерии, науки и технологий.Поощряются оригинальные теоретические работы и прикладные исследования, которые способствуют лучшему пониманию инженерных, научных и технологических проблем.

Платформа для измерения и картирования удельного электрического сопротивления почвы в реальном времени с помощью автономного робота для точного земледелия

Датчики

(Базель). 2020 Янв; 20 (1): 251.

Поступило 30.10.2019 г .; Принят в печать 2 декабря 2019 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Abstract

Удельное электрическое сопротивление почвы (ER) является важным показателем для косвенного определения физических и химических свойств почвы, таких как влажность, засоленность, пористость, уровень органического вещества, объемная плотность и текстура почвы. В этом исследовании система измерения ER в реальном времени была разработана с помощью автономного робота.Целью этого исследования является быстрое измерение ER на больших площадях с помощью четырехзондового метода измерения Веннера для точного земледелия. Платформа измерения ER состоит из датчиков Веннера, переключателя осей y с приводом от двигателя постоянного тока через редуктор, все они установлены на стальной раме, которая крепится к автономному роботу. Встроенный промышленный компьютер и дифференциальная глобальная система позиционирования (DGPS) использовались для помощи в измерении, записи, картировании и отображении ER и положения робота в режиме реального времени во время полевых операций.Программное обеспечение для сбора данных было написано в Microsoft Visual Basic.NET. Полевые опыты проводили на почве сельхозугодий 1,2 га. Значения ER и DGPS хранились в базе данных Microsoft SQL Server 2005, использовался обычный метод интерполяции Кригинга от ArcGIS, и средние значения ER были нанесены на карту для глубины почвы от 0 до 50 см. В результате наблюдались значения ER от 30,757 до 70,732 Ом-м. В заключение, экспериментальные результаты показали, что разработанная система достаточно хорошо работает в полевых условиях, а платформа для измерения ER является практическим инструментом для обеспечения измерений ER почвы в реальном времени.

Ключевые слова: почва, удельное электрическое сопротивление почвы, автономный робот, измерение в реальном времени, точное земледелие, картографирование

1. Введение

Удельное электрическое сопротивление почвы является важным показателем для косвенного определения свойств почвы при производстве растений, поскольку подходящие почвенные условия и вода являются жизненно важными источниками для роста корней растений и транспорта растворенных веществ, включая питательные вещества и удобрения [1]. Знание удельного сопротивления почвы — ценные данные при определении состава почвы; такие как, например, влажность [2], соленость [3], пористость [4], уровень органического вещества [5], объемная плотность [6] и текстура почвы [7].

Исследования почвы обычно выполняются для определения свойств почвы, которые включают в себя исследование верхнего и нижнего слоев почвы, такое как физическое картирование, отбор проб почвы и лабораторные испытания. Для исследования недр обычно проводятся отбор проб почвы и лабораторные исследования. В частности, скважинный метод широко используется для определения свойств грунта благодаря хорошей точности данных, полученных с помощью прямого метода испытаний. Однако у этого метода есть несколько трудностей и ограничений, таких как высокая стоимость, трудоемкость и недостаточность данных для огромных сельскохозяйственных угодий.В этом контексте геофизические методы дают возможность преодолеть некоторые проблемы, присущие более традиционным методам исследования почвы для определения характеристик структуры почвы в более крупных пространственных и временных масштабах [8]. Почва сильно коррелирована и может быть определена количественно с помощью геоэлектрических свойств [9]. Более того, удельное сопротивление почвы является важным свойством, которое является геоэлектрической величиной, которая измеряет, как почва снижает электрический ток, протекающий через нее.

Состав почвы является одним из наиболее важных факторов, влияющих на ее свойства, и имеет неоднородную структуру, состоящую из твердой, жидкой и газовой фаз.Твердая и жидкая фазы являются определяющим фактором электрического сопротивления почвы и поведения электрических полей [10]. Измерение ER проводилось в конце 19 века путем погружения двух зондов в почву и измерения падения напряжения между двумя зондами, которые пропускают в почву определенный ток. В этом методе результаты измерений были неверными, поскольку он по сути включает сумму удельного сопротивления почвы и контактного сопротивления между зондом и почвой [11]. Веннер [12] предположил, что четырехконтактный метод измерения ER для минимизации вкладов вызван проблемами контакта грунта и зонда.Измерение ER проводилось четырехзондовым методом в исследованиях почвы с 1931 года для оценки влажности почвы [13,14] и засоления [15,16] в полевых условиях. С тех пор все измерения ER почвы, применяемые в почвоведении, по-прежнему основываются на стандартном четырехзондовом методе.

В методе с четырьмя зондами Веннера система состоит из четырех зондов, которые расположены на одинаковом расстоянии (а) друг от друга для измерения видимого ER почвы [17]. Внешние датчики (C1 и C2) используются в качестве источника тока (I) для подачи тока в почву, а внутренние датчики (P1 и P2) используются в качестве источника напряжения для измерения разности напряжений (V) между внутренними датчиками [ 12].Сопротивление Веннера (RW) между внутренними датчиками рассчитывается делением напряжения на ток. Конфигурация Веннера показана на. Кажущийся ER почвы ( ρ E ) с этой конфигурацией рассчитывается по формуле (1):

ρE = 2 ∗ π ∗ a ∗ RW

(1)

где: ρ E = измеренное кажущееся удельное сопротивление грунта (Ом-м), a = расстояние между зондами (м), R W = сопротивление Веннера (Ом). Четыре зонда погружаются в исследуемый грунт на глубину не более 1/20 расстояния между зондами.Измеренное кажущееся значение ER почвы представляет собой среднее удельное сопротивление почвы на глубине, эквивалентной расстоянию « a » между двумя датчиками. Глубину измерения можно изменить, изменив расстояние между зондами.

Конфигурация Веннера с четырьмя датчиками.

Сегодня сельскохозяйственное производство осуществляется на огромных сельскохозяйственных угодьях, и данные ER должны собираться полностью автоматически, чтобы сделать точную оценку сельхозугодий. Более того, измерение удельного сопротивления почвы в режиме реального времени важно для картирования пространственной неоднородности сельскохозяйственных угодий для точного земледелия.Полезным подходом к исследованиям свойств почвы является использование ближайших измерений почвы, которые сочетают почвенные датчики и методы анализа данных для получения данных о почве с высоким разрешением на огромных сельскохозяйственных угодьях [18]. Две портативные системы используются для измерения удельного сопротивления или проводимости почвы в реальном времени в сельскохозяйственных исследованиях — система, основанная на контакте электрод-почва, и система бесконтактной электромагнитной индукции (ЭМ). Veris (Veris Technologies, Inc., Салина, штат Канзас, США) с шестью датчиками сошников, расположенными по методу Веннера, является наиболее важной контактной системой электрод-почва, которую можно использовать для получения нескольких измерений ER, представляющих различные глубины в сельском хозяйстве [19].ARP (автоматическое профилирование удельного сопротивления, Geocarta, Франция) — это еще одна контактная система электрод-грунт на основе Веннера, используемая для сбора и обработки в реальном времени как данных удельного электрического сопротивления, так и информации GPS [20]. Другой — EM38 (Geonics Ltd., Миссиссауга, Онтарио, Канада), который является наиболее широко используемой бесконтактной электромагнитной системой в сельском хозяйстве [21]. Система на основе контакта электрод-грунт имеет то преимущество, что не требует настройки пользователя и измеряет различную глубину грунта [22]. С другой стороны, бесконтактная ЭМ-система легче по весу, меньше по размеру и, следовательно, с ней легче обращаться [23].

Измерение ER почвы в реальном времени является важным критерием для точного исследования почвы и может обеспечить непрерывные измерения для определения временных переменных и структуры почвы на огромных сельскохозяйственных угодьях. Целью данного исследования является разработка и применение системы измерения ER почвы в реальном времени на основе четырехзондового метода Веннера с помощью автономного робота для точного земледелия. Наконец, для тщательной оценки процесса измерения представлены результаты полевых исследований для определения компонентов вариации в процессе измерения ER почвы в реальном времени.

2. Материалы и методы

Основная цель разработанной системы состоит в том, чтобы измерить кажущуюся ER почвы и нанести ее на карту. Система состоит из четырех основных частей:

  1. Измерительная платформа с четырьмя датчиками Веннера: она прикреплена к автономному роботу и перемещается вертикально, погружая датчики Веннера в почву. Зонды Веннера прикреплены к подвижной платформе для мгновенного измерения кажущихся значений ER почвы.

  2. Автономный робот и алгоритмы рулевого управления: Автономный робот — это четырехколесный робот, который управляется с помощью четырех двигателей постоянного тока.Используется дифференциальный рулевой механизм. Им можно управлять как автономно, так и вручную [24].

  3. Система сбора данных: Система используется для сбора данных с цифрового мультиметра и приемника DGPS на измерительной платформе для процесса хранения и отображения.

  4. Разработка программного обеспечения: Программное обеспечение используется для хранения данных, полученных от электронных приборов, и для создания подходящих файлов базы данных для картографической программы.

2.1. Четырехзондовая измерительная платформа на основе Веннера

Разработанная измерительная система представлена ​​на рис. Платформа для измерений изготовлена ​​из нержавеющей стали. Некоторые части платформы были изготовлены из стальной трубы квадратного сечения 30 × 30 × 3 мм. Механическая конструкция измерительной системы состоит из двух частей, называемых Н-образной несущей сеткой и измерительной платформой Веннера. Для вертикального перемещения измерительной системы была построена Н-образная несущая сетка с использованием двух квадратных стальных труб 30 × 30, 910 мм и трех квадратных стальных трубок 30 × 30, 800 мм.Затем эта сетка была прикреплена к автономному роботу. Н-образная сетка удерживала систему измерения Веннера. Н-образная решетка имеет две стальные линейные направляющие, регулируемые 30-миллиметровыми направляющими валами линейного рельса и опорными блоками. Длина линейных направляющих 910 мм. Был использован линейный привод, состоящий из шарико-винтовой передачи 30 × 850 мм, приводимый в действие двигателем постоянного тока 24 В, 500 Вт, 1440 об / мин, который был соединен с редуктором 1:40 для вертикального перемещения. Двигатель постоянного тока устанавливался на Н-образной несущей решетке.К Н-образной несущей решетке крепилась прямоугольная U-образная выдвижная платформа размером 740 × 400 мм. Шарико-винтовая передача с гайкой с квадратным фланцем установлена ​​на задней части выдвижной платформы. Шариковый винт был соединен с этой квадратной гайкой с фланцем. Затем измерительная платформа Веннера была соединена с этой прямоугольной U-образной выдвижной платформой.

Развитая система измерения. ( a ) Технический чертеж измерительной платформы в натуральную величину; ( b ) полностью разработанная измерительная платформа; ( c ) полноприводный сельскохозяйственный робот с системой измерения Веннера.

На измерительной платформе Веннера есть четыре зонда Веннера. Четыре стальных зонда Веннера были линейно установлены на измерительной платформе Веннера с интервалом 500 мм для измерения средних кажущихся значений ER почвы в диапазоне 0–500 мм. Изоляционные кольца волокна использовались для обеспечения электрической изоляции между платформой и зондами. Зонды Веннера имеют диаметр 12 мм и длину 25 мм. Длина зонда должна составлять 1/20 расстояния между зондами. Расстояние между зондами можно изменить, чтобы измерить кажущееся электрическое сопротивление почвы на разных глубинах.Каждый зонд был подключен к изолированному одножильному кабелю. Кабели датчиков C1 и C2 подключаются непосредственно к 24-вольтовой батарее для подачи электрического тока в почву. Кабели датчиков P1 и P2 подключены к мультиметру для измерения разности потенциалов между датчиками в почве. Система также может измерять сопротивление грунту проникновению.

2.2. Автономный робот и алгоритмы рулевого управления

Полноприводным сельскохозяйственным роботом, который используется в этом исследовании, можно управлять как автономно, так и вручную.Для управления роботом в полевых условиях были выбраны четыре резиновых колеса 2,50 × 17. Имеет дифференциальный рулевой механизм. В этой системе можно создать разницу в скорости между правым и левым колесами робота. Чтобы мобильный робот двигался по прямой, скорости всех колес должны быть одинаковыми. Если скорости левого и правого колес различаются, робот поворачивается в сторону медленных колес. Когда правое и левое колеса вращаются друг напротив друга, мобильный робот может вращаться на 360 градусов в том месте, где он находится.Робот приводится в действие четырьмя двигателями постоянного тока 24 В, 0,25 кВт, 1440 об / мин, которые соединены с редуктором 1:10. Каждое колесо робота было независимо соединено с агрегатами мотор-редуктор, установленными на шасси робота. Таким образом, крутящий момент, создаваемый двигателями, может полностью передаваться на колеса. Вес робота с батареями и измерительной системой составляет примерно 150 кг, а максимальная скорость составляет 20 км / ч. Два трехканальных блока управления двигателями постоянного тока RoboteQ FDC3260 (Roboteq Inc., Скоттсдейл, Аризона, США) использовались для управления роботом путем изменения скорости и направления двигателей.Две необслуживаемые герметичные аккумуляторные батареи 12 В-90 Ач использовались в качестве источника питания робота и другого оборудования. Кроме того, две батареи были подключены последовательно, чтобы обеспечить 24 В для двигателей постоянного тока.

Чтобы управлять мобильным роботом как вручную, так и автономно, программа навигации была написана в Visual Studio.NET 2015 с использованием языка Visual Basic.NET. Эта программа была впервые написана автором для полноприводных роботов в 2015 году [24] и преобразована в полноприводных роботов для этого исследования.Однако алгоритм навигации такой же. Схема автономного привода мобильного робота приведена в. Блок-схема механизма управления квадрантом приведена в.

Блок-схема автономного привода мобильного робота.

Блок-схема механизма управления квадрантами.

В алгоритме автономного наведения разница углов рассчитывается с использованием углов курса и азимута. Таким образом, робота можно направить в желаемом направлении. После этого рассчитывается расстояние между местоположением робота и целевым местоположением.Наконец, когда угол курса равен азимутальному углу, а расстояние равно нулю, робот прибывает в желаемое место. При управлении квадрантом шкала компаса используется для определения квадранта, в котором находилась текущая точка. Рассчитанный азимутальный угол помог определить квадрант, в котором находилась целевая точка [24].

2.3. Система сбора данных

Система сбора данных описана для двух процессов. Первая — это автономная система управления роботом, а вторая — система измерения кажущейся ER почвы.В этом исследовании промышленный универсальный компьютер с сенсорным экраном Lilliput PC-700 (Zhangzhou Lilliput Electronic Technology Co., Фуцзянь, Китай) использовался для управления всем электронным оборудованием, установленным на роботе, и обмена данными между ними. В автономной системе рулевого управления для сбора географических данных использовался приемник Promark 500 RTK-GPS (Magellan Co., Санта-Клара, Калифорния, США). Эти данные использовались для определения географического положения (широта, долгота, скорость, время и т. Д.) Робота. Кроме того, приемник RTK-GPS использовался для определения места измерения кажущейся ER почвы для картирования.Цифровой компас Honeywell HMR3200 (Honeywell International Inc., Шарлотт, Северная Каролина, США) использовался для точного определения угла курса робота для навигационного программного обеспечения. Портативный цифровой мультиметр Protek 506 (MCS Test Equipment Ltd., Денбигшир, Великобритания) использовался для измерения напряжения между датчиками Веннера P1 и P2. Два трехканальных блока управления двигателем постоянного тока RoboteQ FDC3260 использовались для управления рулевым управлением робота, а также перемещением измерительной платформы Веннера. Протокол RS232 использовался для подключения промышленного компьютера и других электронных устройств.

2.4. Разработка программного обеспечения

Программа была разработана с использованием языка программирования Microsoft Visual Basic.NET 2015 для автономного и ручного управления роботом и измерения видимых значений ER почвы. Он использовался для управления роботом и измерительной системой, мониторинга данных телеметрии, хранения всех данных в базе данных и подготовки подходящего файла для картографического программного обеспечения ArcGIS. Программа состоит из двух частей: навигационного программного обеспечения () и измерения удельного сопротивления почвы ().

Измерение удельного сопротивления грунта.

В программе навигации файл путевой точки может быть загружен из базы данных в программу. Таким образом, путевые точки могут использоваться для управления роботом от точки к точке для автономного управления. Каждая маршрутная точка включает в себя значение долготы (X2) и широты (Y2), которое является местоположением целевой точки, которую необходимо измерить. Есть два важных угла для навигации робота: угол курса робота и азимутальный угол целевой точки. Угол курса робота берется с электронного компаса HMR3200 с помощью навигационного программного обеспечения.Кроме того, азимутальный угол постоянно рассчитывается навигационным программным обеспечением. Более того, расстояние между положением робота (X1, Y1) и целевой позицией (X2, Y2) рассчитывается программным обеспечением. Эти расчеты показаны в.

В части измерения удельного сопротивления почвы отслеживается ток, подаваемый на датчики C1 и C2, и напряжение, измеряемое датчиками P1 и P2. Кроме того, сопротивление Веннера (Rw) вычисляется мгновенно во время измерения с использованием полученного тока и измеренных значений напряжения.Все данные мгновенно сохраняются в базе данных SQL Server 2005. ArcObjects SDK 10 Microsoft .NET Framework использовался для подготовки и отображения карт почвенной ER с помощью интерфейса ArcMap в ArcGIS.

2,5. Экспериментальное поле и сбор данных

Полевые эксперименты проводились в Сельскохозяйственном научно-исследовательском институте Баты Акдениз в Аксу, Анталия, Турция (36 ° 56′34,46 ″ северной широты и 30 ° 53′04,10 ″ восточной долготы). Опытное поле имеет площадь 1,2 га и находится на высоте 35 м над уровнем моря.На этом поле кукурузный силос был собран 25 июля 2019 года. Тип почвы — илисто-глинистый, темно-коричневого цвета, состоит из 18% песка, 40% ила и 42% глины. Содержание органического вещества 1,4%. Объемная плотность грунта составляла 1,29 г / см 3 , содержание воды составляло 6,8%, а среднее значение сопротивления грунту проникновению составляло 1,62 МПа в диапазоне от 0 до 20 см. Экспериментальное поле показано в.

Во время исследования в экспериментальном поле робот автономно управлялся в 72 различных географических точках, и средние кажущиеся значения ER почвы были собраны для глубины 0–50 см.В этой системе для измерения кажущихся значений ER почвы на больших сельскохозяйственных угодьях использовался автономный метод измерения с остановками и уходом. Метод «стоп-энд-гоу» — это остановка робота во время измерения. В этом методе сельскохозяйственный робот идет к первой точке измерения и останавливается, выполняет измерение и переходит к следующей точке измерения. В этой процедуре цифровая карта экспериментального поля с высоким разрешением была перенесена в картографическое программное обеспечение ArcGIS 10.5 для определения точек измерения на больших сельскохозяйственных угодьях.Таким образом, всего 72 различных путевых точки GPS были случайным образом определены для автономного управления роботом к точке измерения. Все путевые точки были сохранены в базе данных. После этого сельскохозяйственный робот управлялся от точки к точке для измерения видимого значения ER в почве. Все данные измерений были сохранены в базе данных SQL Server 2005 с помощью программного обеспечения для измерения удельного сопротивления почвы.

3. Результаты

В этом исследовании данные, полученные для всех измеренных точек, были импортированы в базу данных Microsoft SQL Server 2005 и нанесены на карту с помощью ArcGIS 10.5 картографическое программное обеспечение. В ArcGIS для создания контурной карты использовалась обычная интерполяция Кригинга, которая позволяет прогнозировать кажущиеся значения ER почвы в других частях экспериментального поля для отбора проб.

Выбор типа интерполяции кригинга для использования зависит от характеристик пространственных данных. Свойства почвы могут пространственно различаться от точки к точке. Как и большинство физических свойств почвы, она неоднородна и по удельному электрическому сопротивлению. В связи с этим в данном исследовании использовалась обычная интерполяция Кригинга.Простой кригинг основан на теории стационарности. Это означает, что среднее значение и дисперсия остаются постоянными и известны во всех местах. С другой стороны, обычный кригинг — это метод пространственной оценки и линейный геостатистический метод, который предполагает, что среднее значение может изменяться в исследуемой области и не оставаться постоянным. Универсальный кригинг используется для оценки пространственных средних значений, когда данные имеют сильный тренд. Это означает, что тренд зависит от масштаба. Кажущиеся данные ER почвы могут отображать тенденции для небольших географических областей, но в масштабе огромных сельскохозяйственных угодий нет тенденции, которую можно было бы смоделировать с помощью простых функций.По этим причинам простые и универсальные интерполяции кригинга не были выбраны для данного исследования.

Краткое описание метода, используемого для интерполяции кригинга, приведено в. Гистограмма кажущихся значений ER почвы приведена на рис. Как видно из, минимальное значение ER почвы составляет 30,757 Ом-м, а максимальное значение — 70,732 Ом-м. Значения асимметрии и эксцесса были равны -0,14091 и 1,7091 соответственно. Из-за того, что значение асимметрии находится между -1 и -0,5, данные достаточно искажены.Это означало бы, что данные образца для видимого ER почвы приблизительно симметричны. Значение эксцесса низкое (<3). Это означает, что данные слегка пластичны, в данных отсутствуют выбросы, а экстремальные значения меньше, чем у нормального распределения.

Гистограмма кажущихся значений удельного электрического сопротивления почвы.

Таблица 1

9008 9008 2 9002 9428 902 902
Метод
Имя Кригинг
Тип Обычный
Тип выхода Включает в себя

014

Включить как минимум 2
Тип сектора Четыре и 45 градусов
Большая полуось 21.669411886777
Малая полуось 21,669411886777
Угол 0
Вариограмма Вариограмма Вариограмма
8
8 902 Тип Стабильный
Параметр 1,131640625
Диапазон 21,669411886777
Анизотропия Нет
902.681994538028

Обычный график графика QQ использовался для отображения квантилей разницы между предсказанными и измеренными значениями и соответствующими квантилями из стандартного нормального распределения. Как видно на фиг., Ошибки кажутся нормально распределенными, даже несмотря на то, что на графике имеется небольшой, возможно, изогнутый тренд. Ошибки прогноза обычного метода Кригинга приведены в.

Нормальный график QQ (квантиль — квантиль) стандартизованной ошибки.

Таблица 2

Ошибки прогноза обычного метода Кригинга.

Ошибки прогноза (Ом-м)
Количество выборок 72
Среднее значение −0,2602
Среднеквадратичное значение

0

328 13,140

0,01682
Среднеквадратичный стандартизованный 1,02197
Средняя стандартная ошибка 12.7975
Функция регрессии (прогнозируемая) −0,0133 * x + 52,8556
Функция регрессии (ошибка) −1,0133 * x + 52,8556
Функция регрессии (стандартизированная ошибка) − x + 3.89899

Чтобы получить интерполяцию кажущихся значений ER почвы, карта кажущейся ER почвы на экспериментальном поле была интерполирована с использованием обычного подхода Кригинга.Карта интерполяции приведена в. Кроме того, карта Вороного исследования приведена в. Замечено, что значения ER на левой стороне карты выше, чем на правой стороне, когда карта просматривается визуально. Это также хорошо видно на карте Вороного исследования. Если измеренные точки расположены близко друг к другу, кажущиеся значения ER почвы примерно однородны. Однако, когда расстояние между точками увеличивается, однородность уменьшается.

Карта интерполяции почвы ER.

Карта кабинета Вороного.

4. Обсуждение

Кажущиеся значения ER почвы зависят от нескольких параметров, таких как размер почвы, пористость и содержание воды. Хант [25] указал, что удельное электрическое сопротивление колеблется от 1,5 Ом-м и ниже для влажных глинистых грунтов до более 2400 Ом-м для массивных и твердых коренных пород ().

Таблица 3

Значения ER для различных типов почв.

Материалы Удельное сопротивление (Ом-м)
Глинистые почвы: от влажных до влажных 1.5–3.0
Илистые глинистые и илистые почвы: от влажных до влажных 3–15
Илистые и песчаные почвы: от влажных до сухих 15–150
Коренная порода: от хорошо трещиноватых до слаботрещинных с влажные трещины, заполненные грунтом 150–300
Песок и гравий с илом Около 300
Песок и гравий со слоями ила 300–2400
Коренная порода: слегка трещиноватая с сухой почвой- заполненные трещины 300–2400
Отложения песка и гравия: грубые и сухие > 2400
Коренные породы: массивные и твердые > 2400

В литературе мало исследований измерение кажущейся ER почвы с помощью мобильной платформы Веннера.Тем не менее, в области почвоведения проводились исследования автономного определения удельного электрического сопротивления почвы различных типов почв. Giao et al. [26] измерили удельное электрическое сопротивление более 50 образцов глинистого грунта, собранных в лаборатории по всему миру. Исследователи также измерили удельное электрическое сопротивление более 50 образцов почвы, взятых из разных мест в Южной Корее. В результате они сказали, что песчаный грунт имеет удельное сопротивление выше 10 Ом-м, илистый грунт имеет удельное сопротивление от 5 до 10 Ом-м.Juandia и Syahril [27] измерили удельное сопротивление почвы в 25 точках на исследуемой территории, используя конфигурацию Schlumberger. Тип почвы — илисто-песчаный. Они сообщили, что среднее удельное сопротивление грунта колеблется от 33 до 40,5 Ом-м. Росси и др. [28] исследовали возможность использования датчика постоянного тока с непрерывным профилированием удельного сопротивления на ходу в прецизионном виноградарстве. Авторы использовали автоматический динамический измеритель удельного сопротивления постоянного тока (ARP, автоматическое профилирование удельного сопротивления. Geocarta, Париж, Франция) в трех слоях почвы (V1 = 0–0.5, V2 = 0–1 и V3 = 0–2 м глубина) на территории виноградника. Тип почвы — Инцептизол. Авторы сообщили, что значения ER почвы варьировались от 3–151 Ом-м для глубины 0–0,5 м, 30–511 Ом-м для глубины 0–1 м и 9–750 Ом-м для глубины 0–2 м. Ли и Юн [29] исследовали теоретическую связь между скоростью упругой волны и удельным электрическим сопротивлением. Авторы измерили скорость упругих волн и удельное электрическое сопротивление в нескольких типах грунтов, включая песок, илистый песок, илистую глину, ил и смесь глины и песка, и для измерения использовался датчик электрического сопротивления с температурной компенсацией.По словам авторов, удельное электрическое сопротивление находилось в диапазонах 1,23–2,17, 1,08–1,91, 1,01–1,40, 0,33–0,44 и 6,39–7,14 Ом-м в порядке упомянутых выше типов почвы. Merritt et al. [30] разработали методику измерения и моделирования зависимости удельного электрического сопротивления мелкозернистых ненасыщенных грунтов на основе глины и электрической анизотропии. Измерения удельного сопротивления почвы проводились для четырех различных типов почв: илисто-глинистый, мелкий песок, глинисто-песчаный ил и алевролит.Результаты показали примерно в диапазонах 10–100, 100–150, 50–800, 100–10000 Ом-м. Авторы сообщают, что удельное сопротивление почвы увеличивается с уменьшением влажности. Kim et al. [31] оценили влияние свойств почвы и электропроводности на калибровку рефлектометра содержания воды для почв, покрытых свалками. С этой целью измерения электропроводности были выполнены для набора из 28 почв, которые имеют различную структуру почвы, с использованием высокочастотного рефлектометра во временной области (TDR).Авторы сообщают, что почвы с большим содержанием глины или органических веществ имеют более высокую электропроводность, чем почвы с илами и песками. Это означает, что значения ER глинистых почв должны быть низкими.

Традиционный отбор проб почвы производится скважинным методом для определения физических, химических или биологических свойств почвенного слоя в лабораторных условиях. В этом методе должна выполняться лабораторная калибровка почвенного ER с влажностью почвы. Однако лабораторная калибровка может не дать правильного соотношения между влажностью почвы и электрическим сопротивлением для реальных условий почвы [32].С другой стороны, в области точного земледелия автономное и непрерывное измерение кажущейся ER почвы имеет некоторые преимущества, такие как быстрое измерение и низкая стоимость картографирования как горизонтальной, так и вертикальной пространственной изменчивости на больших сельскохозяйственных угодьях. Кроме того, в этой системе не требуется настройка или калибровка пользователем. Системы Veris и ARP были разработаны для достижения этих преимуществ и измерения удельного сопротивления или проводимости почвы в качестве мобильных устройств для точного земледелия.Стоимость базовой системы Veris составляет 11 500 долларов США [33]. Однако в литературе нет информации о системе ARP. Однако Andrenelli et al. [34] сообщили, что ежедневная стоимость использования системы ARP составляет 3000 евро. В предлагаемой нами системе исследование проводилось в рамках проекта, и общий бюджет для всей системы составлял 8000 долларов США.

И ARP, и система Veris представляют собой измерительные платформы полунавесного типа, которые крепятся к трактору или любому другому транспортному средству, например квадроциклу. В этом контексте эти системы нуждаются в системе тяги и, по крайней мере, в одном операторе для их работы.К тому же эти системы не легкие и обладают малой маневренностью. С другой стороны, преимущества разработанной системы очевидны: простота изготовления, компактная измерительная система с роботом, легкий вес, низкие производственные и эксплуатационные расходы, высокая маневренность и автономное использование.

Это исследование проводилось на илисто-глинистой почве с использованием разработанной нами измерительной системы. В этом исследовании кажущиеся значения ER почвы были измерены между 30,757 и 70,732 Ом-м. Результаты измерений показали сходство с упомянутой выше литературой для илисто-глинистых почв [25,27,30].В дополнение к нашим результатам, чтобы полученные кажущиеся значения ER почвы были более значимыми, сопротивление проникновению почвы должно быть одновременно измерено и коррелировано с содержанием влаги и насыпной плотностью почвы [35,36,37,38,39,40,41,42 ]. Во время полевых работ отказов в электромеханической части, в части сбора данных и в программном обеспечении системы обнаружено не было. Результаты экспериментов показали, что наша измерительная система подходит для приложений точного земледелия на основе карт.

5. Выводы

В этом исследовании была представлена ​​новая конструкция системы измерения видимого ER почвы в реальном времени и ее возможности картирования для приложений точного земледелия на основе карт.Хотя лабораторный анализ обычно является надежным методом определения большинства свойств почвы, измерения в реальном времени для мониторинга свойств почвы имеют преимущества и преимущества для приложений точного земледелия. Метод измерения кажущейся ЭО почвы постоянным током является одним из простейших геофизических методов и до сих пор широко используется из-за его простоты в использовании, не требует калибровки и относительно простой интерпретации во всех инженерных исследованиях. Однако мобильная измерительная платформа Веннера на основе роботов не встречается в сельскохозяйственной литературе.Кажущаяся карта ER почвы, созданная разработанным программным обеспечением, может быть полезным источником для приложений точного земледелия в различных областях. Для исследователей сбор, анализ и интерпретация данных с сельскохозяйственных угодий всегда были трудными, трудоемкими и утомительными исследованиями в сельскохозяйственных приложениях. Результаты исследования показывают, что использование этой системы важно для исследований и профессионального применения почвоведения.

Благодарности

Мы очень благодарны техническим специалистам Технической школы Университета Акдениз за их сотрудничество и усилия по поддержке эксперимента.

Вклад авторов

İ.Ü. отвечал за администрирование проекта, концептуализацию, обработку данных, формальный анализ, методологию, программное обеспечение и написание оригинального проекта. OK. отвечал за финансирование приобретения, исследования, ресурсы, проверку и визуализацию. С.С. отвечал за надзор, финансирование и написание — рецензирование и редактирование. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Эта работа финансируется Отделом координации научно-исследовательских проектов Университета Акдениз (номер проекта: FBA-2017-1980).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Пэн X.H., Zhang B., Zhao Q.G. Обзор взаимосвязи между резервуарами почвенного органического углерода и стабильностью структуры почвы. Acta Pedol. Грех. 2004. 41: 618–623. [Google Scholar] 2. Тремсин В.А. Трехмерное изображение удельного сопротивления почвы в реальном времени для оценки распределения влаги для интеллектуального орошения. Гидрология. 2017; 4: 54. DOI: 10.3390 / Hydrology4040054. [CrossRef] [Google Scholar] 3.Айзебеохай А.П. Оценка засоленности почв с использованием методов визуализации электрического сопротивления и индуцированной поляризации. Afr. J. Agric. Res. 2014; 9: 3369–3378. [Google Scholar] 4. Ким Дж., Юн Х., Чо С., Ким Й., Ли Дж. Четырехэлектродный датчик удельного сопротивления для оценки пористости. Геотех. Тестовое задание. J. 2011; 34: 668–675. [Google Scholar] 5. Федотов Г.Н., Третьяков Ю.Д., Поздняяков А.И., Жуков Д.В. Роль органоминерального геля в возникновении удельного сопротивления почвы: концепция и эксперименты. Eurasian Soil Sci. 2005; 38: 492–500.[Google Scholar] 6. Лалой Э., Джаво М., Ванклостер М., Ройзин К., Билдерс К. Удельное электрическое сопротивление в суглинистой почве: определение подходящей педоэлектрической модели. Зона Вадосе J. 2011; 10: 1023–1033. DOI: 10.2136 / vzj2010.0095. [CrossRef] [Google Scholar] 7. Хайль К., Шмидхальтер У. Сравнение датчиков электромагнитной индукции EM38 и EM38-MK2 для пространственного анализа почвы в полевом масштабе. Comput. Электрон. Agric. 2015; 110: 267–280. DOI: 10.1016 / j.compag.2014.11.014. [CrossRef] [Google Scholar] 8.Ромеро-Руис А., Линде Н., Келлер Т. Ор Д. Обзор геофизических методов определения структуры грунта. Rev. Geophys. 2018; 56: 672–697. DOI: 10.1029 / 2018RG000611. [CrossRef] [Google Scholar] 9. Самуэлян А., Кузен И., Бруанд А.Т.А., Ричард Г. Исследование удельного электрического сопротивления в почвоведении: обзор. Обработка почвы Res. 2005; 83: 173–193. DOI: 10.1016 / j.still.2004.10.004. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Мостафа М., Анвар М.Б., Радван А. Применение измерения удельного электрического сопротивления в качестве теста контроля качества известковых почв.HBRC J. 2018; 14: 379–384. DOI: 10.1016 / j.hbrcj.2017.07.001. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Микколи И., Эдлер Ф., Пфнюр Х., Тегенкамп К. 100-летие технологии четырехточечного зонда: роль геометрии зонда в изотропных и анизотропных системах. J. Phys. Конденс. Иметь значение. 2015; 27: 1–29. DOI: 10.1088 / 0953-8984 / 27/22/223201. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 12. Веннер Ф. Метод измерения удельного сопротивления. Национальное бюро стандартов. Sci. Бык. 1915; 12: 478–496. [Google Scholar] 13. Маккоркл В.З. Определение влажности почвы методом множественных электродов. Бык. Tex. Agric. Exp. Стн. 1931; B873: 425–434. [Google Scholar] 14. Бертерманн Д., Шварц Х. Лабораторный прибор для анализа влияния свойств почвы на электрическую и теплопроводность. Int. Agrophys. 2017; 31: 157–166. DOI: 10.1515 / intag-2016-0048. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Роудс Дж. Д., Ингвалсон Р. Д. Определение засоленности полевых почв с помощью измерений сопротивления почвы. Почвоведение. Soc. Являюсь. Proc. 1971; 35: 54–60. DOI: 10.2136 / sssaj1971.03615995003500010020x. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Афип И.А., Тайб С.Н.Л., Джусофф К., Афип Л.А. Измерение прочности торфяного грунта на сдвиг с использованием четырехточечных зондов Веннера и методов сопротивления сдвигу с помощью лопастей. Int. J. Geophys. 2019; 2019: 1–12. DOI: 10.1155 / 2019/3909032. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Фалейро Э., Асенсио Г., Денче Г., Гарсия Д., Морено Дж. Зондирование Веннера для измерения кажущегося удельного сопротивления на малых глубинах с использованием набора неодинаковых неизолированных электродов: избранные тематические исследования. Энергии.2019; 12: 695. DOI: 10.3390 / en12040695. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Пан Л., Адамчук В.И., Прашер С., Гебберс Р., Тейлор Р.С., Дабас М. Вертикальное профилирование грунта с использованием метода сканирования гальванического контактного сопротивления. Датчики. 2014; 14: 13243–13255. DOI: 10,3390 / s140713243. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Висконти Ф., де Пас Дж.М. Измерения электропроводности в сельском хозяйстве: оценка засоленности почвы. В: Кокко Л., редактор. Новые тенденции и разработки в метрологии.2-е изд. Том 1. IntechOpen; Лондон, Великобритания: 2016. С. 99–126. [Google Scholar] 21. Хайль К., Шмидхальтер У. Применение EM38: определение параметров почвы, выбор точек отбора проб почвы и использование в сельском хозяйстве и археологии. Датчики. 2017; 17: 2540. DOI: 10,3390 / s17112540. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 22. Суддут К.А., Китчен Н.Р., Боллеро Г.А., Буллок Д.Г., Вибольд В.Дж. Сравнение электромагнитной индукции и прямого измерения электропроводности почвы.Агрон. J. 2003; 95: 472–482. DOI: 10,2134 / agronj2003.4720. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Люк Э., Рюльманн Дж. Картирование удельного сопротивления с помощью GEOPHILUS ELECTRICUS — информация о боковой и вертикальной неоднородности почвы. Геодермия. 2013; 199: 2–11. DOI: 10.1016 / j.geoderma.2012.11.009. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Юнал И., Топакчи М. Разработка автономного робота с дистанционным управлением и GPS-наведением для точного земледелия. Int. J. Adv. Робот. Syst. 2015; 12: 1–10. DOI: 10,5772 / 62059. [CrossRef] [Google Scholar] 25.Хант Р.Э. Справочник инженерно-геологических изысканий. 2-е изд. Тейлор и Фрэнсис; Бока-Ратон, Флорида, США: 2005. [Google Scholar] 26. Цзяо П.Х., Чунг С.Г., Ким Д.Ю., Танака Х. Электрическая визуализация и лабораторные испытания удельного сопротивления для геотехнических исследований месторождений пусанской глины. J. Appl. Geophys. 2003. 52: 157–175. DOI: 10.1016 / S0926-9851 (03) 00002-8. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Джуанди М., Сяхрил С. Эмпирическая взаимосвязь между проницаемостью и удельным сопротивлением почвы и ее применение для определения общего пополнения запасов подземных вод в Марпоян-Дамаи, Пеканбару, Индонезия.Вода Прак. Technol. 2017; 12: 660–666. DOI: 10.2166 / wpt.2017.069. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Росси Р., Поллис А., Диаго М.П., ​​Оливейра М., Миллан Б., Бителла Г., Тардагуила Дж. Использование датчика почвы с автоматическим профилометром удельного сопротивления на ходу в прецизионном виноградарстве. Датчики. 2013; 13: 1121–1136. DOI: 10,3390 / s130101121. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 29. Ли Дж.С., Юн Х.К. Теоретическая связь между скоростью упругой волны и удельным электрическим сопротивлением. J. Appl. Geophys.2015; 116: 51–61. DOI: 10.1016 / j.jappgeo.2015.02.025. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Мерритт А.Дж., Чемберс Д.Е., Уилкинсон П. J. Appl. Geophys. 2016; 124: 155–165. DOI: 10.1016 / j.jappgeo.2015.11.005. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Ким К., Сим Дж., Ким Т. Оценка влияния свойств почвы и электропроводности на калибровку рефлектометра влажности для почв, покрытых свалками.Почвенная вода Res. 2017; 12: 10–17. DOI: 10.17221 / 158/2015-SWR. [CrossRef] [Google Scholar] 32. Парате Х., Кумар М., Деклоитрес М., Барбьеро Л., Руис Л., Браун Дж., Секхар М., Кумар С. Сравнение электорального сопротивления с помощью геофизического метода и данных нейтронного зонда для мониторинга влажности почвы в лесном водоразделе . Curr. Sci. 2011; 100: 1405–1412. [Google Scholar] 34. Андренелли М.К., Маджини С., Пеллегрини С., Перрия Р., Виньоцци Н., Костантини Е.А.С. Использование системы ARP © для снижения затрат на исследование почвы для точного виноградарства.J. Appl. Geophys. 2013; 99: 24–34. DOI: 10.1016 / j.jappgeo.2013.09.012. [CrossRef] [Google Scholar] 35. Костантини А. Взаимосвязь между устойчивостью к проникновению конуса, объемной плотностью и содержанием влаги в невозделываемых, переупакованных и культивируемых твердых и не жестких почвах прибрежных низменностей юго-восточного Квинсленда. N. Z. J. For. Sci. 1996; 26: 395–412. [Google Scholar] 36. Vaz C.M.P., Hopmans J.W. Одновременное измерение сопротивления проникновению грунта и влагосодержания комбинированным датчиком влажности пенетрометра и TDR.Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 2001; 65: 4–12. DOI: 10,2136 / sssaj2001.6514. [CrossRef] [Google Scholar] 37. Прикнер П., Лачнит Ф., Дворжак Ф. Новый керновой пробоотборник для определения объемной плотности в почвенном профиле. Plant Soil Environ. 2004. 50: 250–256. DOI: 10.17221 / 4029-PSE. [CrossRef] [Google Scholar] 38. Вебер Р., Залевски Д., Хрыньчук Б. Влияние сопротивления почвы проникновению, объемной плотности и влажности на некоторые компоненты урожая озимой пшеницы. Int. Agrophys. 2004. 18: 91–96. [Google Scholar] 39. ВАЗ К.М.П., Маньери Дж. М., де Мария И. К., ван Генухтен М. Т. Масштабирование зависимости сопротивления грунта проникновению от влажности и насыпной плотности различных грунтов. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 2013; 77: 1488–1495. DOI: 10.2136 / sssaj2013.01.0016. [CrossRef] [Google Scholar] 40. Сикейра Г.М., Дафонте Дж. Д., Лема Дж. Б., Арместо М. В., Сильва Е. Ф. Использование кажущейся электропроводности почвы для оптимизации отбора проб сопротивления проникновению почвы и улучшения оценок пространственных закономерностей уплотнения почвы. Sci. Мир J.2014; 2014: 1–12. DOI: 10.1155 / 2014/269480. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 41. Хоссейни М., Мовахеди Н., Реза С.А., Дехгани А.А., Зераатпишех М. Моделирование механического сопротивления почвы интеллектуальными методами. J. Почвоведение. Растение. Nutr. 2018; 18: 939–951. DOI: 10.4067 / S0718-95162018005002702. [CrossRef] [Google Scholar] 42. Ууситало Дж., Ала-Иломаки Дж., Линдеман Х., Тойвио Дж., Сирен М. Моделирование зависимости влажности почвы от прочности почвы для мелкозернистых высокогорных лесных почв. Silv.Фенн. 2019; 53: 1–16. DOI: 10.14214 / SF.10050. [CrossRef] [Google Scholar]

Что такое испытание на удельное сопротивление почвы и как проводятся испытания

Сопротивление заземляющего электрода связано с удельным сопротивлением почвы, в которой он установлен и перемещен, поэтому расчеты и измерения удельного сопротивления почвы являются решающим аспектом при проектировании заземляющих устройств.

Свойство удельного сопротивления может быть определено для любого материала, и это делается Американским обществом испытаний и материалов (ASTM), которое публикует стандарты для испытаний и измерений.При применении к почве удельное сопротивление является показателем способности данной почвы проводить электрический ток.

Поток электричества в почве в значительной степени является электролитическим, определяемым переносом ионов, растворенных во влаге. Понимание удельного сопротивления почвы в определенном месте и того, как оно изменяется в зависимости от различных факторов, таких как температура, глубина, влажность и т. Д., Дает нам понимание того, как желаемое значение сопротивления заземления должно быть получено и сохранено в течение всего срока службы установки с наименьшими затратами. стоимость и неприятности.

Почему важно проводить испытания на удельное сопротивление почвы?

Основная цель системы заземления — создать общий опорный потенциал для конструкции здания, системы электроснабжения, электрических трубопроводов, заводских стальных конструкций и системы контрольно-измерительных приборов. Для достижения этой цели желательно подходящее заземление с низким сопротивлением. Однако этого часто бывает сложно добиться и зависит от ряда факторов:

  • Удельное сопротивление грунта
  • Стратификация
  • Размер и тип используемого электрода
  • Глубина покрытия электрода
  • Влажность и химический состав почвы

Цели испытаний на удельное сопротивление грунта:

  • Для получения набора измерений, которые можно интерпретировать, чтобы получить эквивалентную модель электрических характеристик земли с точки зрения конкретной системы заземления.
  • Геофизические исследования выполняются с использованием этих значений в качестве помощи в определении глубины коренных пород, мест расположения кернов и других геологических явлений.
  • Определена степень коррозии подземных трубопроводов. Падение удельного сопротивления пропорционально появлению коррозии в разрушающих трубопроводах.

Удельное сопротивление почвы абсолютно влияет на план системы заземления и является основным фактором, определяющим сопротивление заземления системы заземления.Таким образом, перед проектированием и установкой новой системы заземления необходимо проверить определенное место, чтобы определить удельное сопротивление почвы.

Тип почвы или воды Типичное сопротивление Ом м Обычный предел Ом м
Морская вода 2 0,1 до 10
Глина 40 8 до 70
Колодец и родниковая вода 50 10 до 150
Смеси глино-песчаные 100 4 до 300
Сланцы, сланцы, песчаник и др. 120 от 10 до 100
Торф, суглинок и грязь 150 5 по 250
Вода из озера и ручья 250 100 до 400
Песок 2000 200 до 3000
Моренный гравий 3000 от 40 до 10000
Гребневой гравий 15000 3000 до 30000
Массив гранита 25000 от 10000 до 50000
Лед 100000 от 10000 до 100000

Что делается во время испытания на удельное сопротивление почвы?

Удельное сопротивление почвы широко варьируется в зависимости от следующих факторов:

  • Тип земли
  • Стратификация
  • Содержание влаги; удельное сопротивление может быстро падать при увеличении влажности
  • Температура
  • Химический состав и концентрация растворенной соли.
  • Наличие металлических и бетонных труб, резервуаров, больших плит.
  • Топография

Результаты, если до теста не было проведено надлежащее исследование или тест был проведен неправильно, могут быть неверными или вводящими в заблуждение. Для решения этих проблем предлагаются следующие рекомендации по сбору данных и тестированию:

  • Требуется начальная фаза исследования, чтобы обеспечить адекватную основу для определения программы тестирования и на основании которой можно интерпретировать результаты.
  • Очень полезны данные, касающиеся близлежащих металлических конструкций, а также геологического, географического и метеорологического характера местности. Например, геологические данные, касающиеся типов пластов и их толщины, дадут указание на водоудерживающие свойства верхних слоев, а также ожидаемые вариации удельного сопротивления из-за содержания воды.
  • Сопоставляя новые данные об осадках со средним сезонным, минимумом и максимумом для данного местоположения, можно определить, точны ли результаты или нет.
  • Метод испытаний При выборе типа испытания необходимо учитывать такие факторы, как максимальная глубина зонда, требуемая длина кабелей, эффективность метода измерения, стоимость и простота интерпретации данных.

Примечание. Температура и влажность становятся более стабильными по мере увеличения расстояния от поверхности земли. Таким образом, чтобы система заземления работала круглый год, ее необходимо закрепить как можно глубже.

Следующие шаги обычно выполняются во время испытания удельного сопротивления грунта:

Метод испытаний
Необходимо учитывать такие факторы, как максимальная глубина зонда, длина необходимых кабелей, эффективность метода измерения, стоимость (определяемая временем и размером исследовательской бригады) и простота интерпретации данных. при выборе типа теста.Три распространенных типа испытаний:

  • Массив Веннера: Массив Веннера наименее эффективен с точки зрения эксплуатации. Для этого требуется самая длинная разводка кабеля, наибольшее расстояние между электродами и большие расстояния для каждого электрода по одному человеку, чтобы завершить обследование в разумные сроки. Поскольку все 4 электрода смещаются после каждого анализа, матрица Веннера наиболее уязвима для боковых колебаний.
  • Шлюмберже Массив: рабочая сила широко используется с массивом Шлюмберже, так как при каждом перемещении внутренних электродов внешние электроды перемещаются четыре или пять раз.Уменьшение количества смещений электродов также снижает последствия бокового отклонения для конечных результатов. Значительная экономия времени может быть достигнута за счет использования теоремы взаимности с массивом Шлюмберже, когда контактное сопротивление является проблемой.
  • Метод ведомой штанги: Метод ведомой штанги (или метод трех штифтов или метод падения потенциала) обычно подходит для использования в таких условиях, как грунт конструкции линии электропередачи или участки со сложной местности, из-за: неглубокого проникновения, которое может быть достигнутая в практических ситуациях, очень ограниченная область измерения и неточности, встречающиеся в условиях двухслойной почвы.

Точки пересечения.

Удельное сопротивление грунта может значительно различаться как от одного места к другому, так и от глубины на участке, и единственное значение удельного сопротивления грунта, как правило, недостаточно. Чтобы получить более точное представление о разнице удельного сопротивления почвы, целесообразно провести тщательное обследование. Обследование Line Traverse недорогое и позволяет легко обнаружить различия в удельном сопротивлении грунта в определенном месте и может дать значительную экономию денег с точки зрения трудозатрат и материалов при попытке получить необходимое значение сопротивления.

Диапазон расстояний.

Определенный предел расстояния включает в себя точные расстояния между датчиками, т.е. менее 1 м, которые необходимы для определения удельного сопротивления верхнего слоя, используемого для количественной оценки напряжения прикосновения и ступенчатого напряжения. Большие интервалы используются для количественной оценки импеданса сети и удаленных градиентов напряжения. Расчеты на огромных расстояниях обычно создают значительные проблемы, и они жизненно важны, если нижний слой имеет большее удельное сопротивление, то есть ρ2> ρ1.В таких случаях возникает значительная ошибка, если реалистичное значение ρ2 не измеряется из-за недостаточного расстояния.

Рекомендации по практическому тестированию.

  • Было обнаружено, что при тестировании на:
  • требуется особая осторожность.
  • Устранение взаимной связи или помех из-за проводов, параллельных линиям электропередач.
  • Убедитесь, что оборудование и настройки соответствуют требованиям
  • Провести оперативные проверки точности
  • Уменьшить контактное сопротивление
  • Поручите персоналу использовать более мелкие тестовые интервалы в областях, демонстрирующих резкие изменения
  • Нанесите результаты теста на график сразу же во время тестирования, чтобы выявить такие проблемные области

Как проводятся испытания на удельное сопротивление почвы?

Этот тест требует, чтобы пользователь поместил четыре равноотстоящих вспомогательных зонда в землю, чтобы определить фактическое сопротивление почвы, традиционно в Ом-см или Ом-м.Этот тест должен проводиться на всей территории, чтобы определить ценность почвы во всех местах. Этот тест проводится на разном расстоянии от 5 до 40 футов, чтобы определить значение сопротивления на разной глубине. Эти знания помогут в разработке и внедрении правильной системы заземления, отвечающей конкретным требованиям площадки. Ниже приведены шаги, выполняемые при измерении удельного сопротивления почвы:

  • 4 испытательных стержня равномерно расставлены по прямой линии и вбиваются в землю для проверки на глубину не более одной на двадцатую расстояния между соседними стержнями.
  • К этим четырем стойкам подключен тестер сопротивления заземления.
  • Затем на тестере выбирается и выполняется опция испытания постоянным током, и записывается значение сопротивления R.
  • Затем определяется уровень удельного сопротивления почвы r в Ом / см по формуле:
    • r = 2 ρaR
    • где: R = показатель сопротивления (в омах), a = расстояние между испытательными столбами, в метрах.

% PDF-1.6 % 426 0 объект > эндобдж xref 426 163 0000000016 00000 н. 0000005750 00000 н. 0000005887 00000 н. 0000006101 00000 п. 0000006145 00000 н. 0000006181 00000 п. 0000006656 00000 п. 0000007213 00000 н. 0000007365 00000 н. 0000007402 00000 н. 0000007516 00000 н. 0000007628 00000 н. 0000007877 00000 н. 0000008397 00000 н. 0000009633 00000 н. 0000010819 00000 п. 0000011423 00000 п. 0000011835 00000 п. 0000012095 00000 п. 0000012528 00000 п. 0000012783 00000 п. 0000013392 00000 п. 0000014527 00000 п. 0000015739 00000 п. 0000016813 00000 п. 0000017893 00000 п. 0000018949 00000 п. 0000019956 00000 п. 0000022606 00000 п. 0000057210 00000 п. 0000071764 00000 п. 0000109524 00000 н. 0000111929 00000 н. 0000114334 00000 н. 0000123070 00000 н. 0000146506 00000 н. 0000150860 00000 н. 0000151136 00000 н. 0000151207 00000 н. 0000151378 00000 н. 0000151405 00000 н. 0000151706 00000 н. 0000151778 00000 н. 0000151934 00000 н. 0000152042 00000 н. 0000152099 00000 н. 0000152214 00000 н. 0000152271 00000 н. 0000152416 00000 н. 0000152473 00000 н. 0000152600 00000 н. 0000152658 00000 н. 0000152824 00000 н. 0000152918 00000 н. 0000152975 00000 н. 0000153067 00000 н. 0000153230 00000 н. 0000153388 00000 н. 0000153446 00000 н. 0000153637 00000 н. 0000153814 00000 н. 0000153988 00000 н. 0000154045 00000 н. 0000154173 00000 н. 0000154346 00000 н. 0000154445 00000 н. 0000154502 00000 н. 0000154604 00000 н. 0000154781 00000 н. 0000154921 00000 н. 0000154978 00000 н. 0000155141 00000 н. 0000155198 00000 н. 0000155332 00000 н. 0000155390 00000 н. 0000155493 00000 н. 0000155550 00000 н. 0000155719 00000 н. 0000155823 00000 н. 0000155880 00000 н. 0000155992 00000 н. 0000156102 00000 н. 0000156159 00000 н. 0000156313 00000 н. 0000156370 00000 н. 0000156480 00000 н. 0000156537 00000 н. 0000156595 00000 н. 0000156732 00000 н. 0000156789 00000 н. 0000156846 00000 н. 0000156904 00000 н. 0000156963 00000 н. 0000157066 00000 н. 0000157123 00000 н. 0000157240 00000 н. 0000157299 00000 н. 0000157410 00000 н. 0000157467 00000 н. 0000157524 00000 н. 0000157581 00000 н. 0000157795 00000 н. 0000157918 00000 п. 0000157975 00000 п. 0000158175 00000 н. 0000158350 00000 н. 0000158408 00000 н. 0000158547 00000 н. 0000158606 00000 н. 0000158663 00000 н. 0000158721 00000 н. 0000158915 00000 н. 0000158972 00000 н. 0000159137 00000 н. 0000159194 00000 н. 0000159358 00000 н. 0000159418 00000 н. 0000159629 00000 н. 0000159686 00000 н. 0000159743 00000 н. 0000159802 00000 н. 0000159905 00000 н. 0000159962 00000 н. 0000160131 00000 п. 0000160188 00000 п. 0000160375 00000 н. 0000160514 00000 н. 0000160571 00000 н. 0000160720 00000 н. 0000160855 00000 н. 0000160913 00000 н. 0000161096 00000 н. 0000161153 00000 н. 0000161210 00000 н. 0000161267 00000 н. 0000161325 00000 н. 0000161383 00000 н. 0000161490 00000 н. 0000161547 00000 н. 0000161698 00000 н. 0000161819 00000 н. 0000161877 00000 н. 0000162011 00000 н. 0000162124 00000 н. 0000162181 00000 п. 0000162239 00000 н. 0000162406 00000 н. 0000162463 00000 н. 0000162629 00000 н. 0000162687 00000 н. 0000162744 00000 н. 0000162801 00000 н. 0000162943 00000 н. 0000163001 00000 п. 0000163155 00000 н. 0000163303 00000 н. 0000163361 00000 н. 0000163498 00000 н. 0000163556 00000 н. 0000163719 00000 н. 0000163777 00000 н. 0000163834 00000 н. 0000003633 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 588 0 объект > поток д-е.JEb

Оценка удельного сопротивления почвы при заземлении электрических систем: A …

Журнал on g> из on g> Academic and Applied Studies Vol. 1 (3) сентября 2011 г., стр. 28–38. Доступно на line @ www.academians.org ISSN1925931X on g> Assessment on < / strong> g> on g> из on g> on g> почвы on g> on g> Удельное сопротивление on g> on Заземление < str on g> из on g> Электрические системы : пример из практики on g> of on g> Северо-восток Z on e, Нигерия Абстракция Габриэль А.Адегбойега и Кехинде О. Одееми Департамент on g> on g> Электрооборудование и Электро он IC Engineering, Федеральный университет on g> of on g> Technology, почтовый ящик 704, Акуре, Нигерия. Электронная почта: [email protected] и kes on [email protected] Электроэнергия опасна и требует надлежащего заземления, чтобы предотвратить прохождение нежелательного напряжения через персонал, критическое оборудование и другие находящиеся поблизости металлические предметы.В этой статье представлено влияние on g> на g> удельного сопротивления почвы на заземляющий электрод путем проведения обширных измерений < str on g> из on g> Сопротивление заземляющего электрода основания башни и удельное сопротивление грунта на g передающей линии 330 кВ линия между Джосом и Гомбе на северо-востоке z on e on g> из on g> Нигерия, используя метод Fall- on g> из on g> -Potential и метод Wenner Array.Исследование показало, что значения on g> on g> сопротивления заземляющего электрода находятся в диапазоне от 0,3 до 20 Ом, а удельное сопротивление грунта — от 60 до 1000. Ом-м. Результаты c on подтвердили, что значения on g> on g> сопротивления заземляющего электрода имеют большое влияние по типам on g> on g> грунта, в который заземлен заземляющий мат; следовательно, необходимо приложить усилия для повышения удельного сопротивления почвы для эффективного заземления on g> систем on g>.Ключевые слова: сопротивление заземляющего электрода, эффективное заземление , электрические системы заземления , on g> почва on g> on g> Удельное сопротивление on g> I. ВВЕДЕНИЕ Заземление энергосистемы очень важно, особенно с учетом большого большинство on g> разломов on g> связаны с землей или вызваны ударами грозы / молнии (Cummins, 2002).Термины «заземление» имеют одинаковое значение и служат средством on g> on g> включения питания necti on между оборудованием и общей массой on g> on g> земли. Основная цель on g> заземления on g> — минимизировать потенциальные переходные перенапряжения в соответствии со стандартами для людей on Соблюдайте требования безопасности и помогайте в быстром обнаружении и изоляции on g> on < / strong> g> области разломов. Заземление c on necti on достигается путем вбивания заземляющего электрода в несколько мест on g> на g> землю. Заземляющий электрод — это металлическая пластина, металлическая труба или металлические проводники, электрически подключенные к земле. Материалы, обычно используемые для заземляющих электродов, сделаны on g> из on g> меди, алюминия, мягкой стали и оцинкованной стали в порядке on g> из предпочтений on g>.Факторы, влияющие на сопротивление заземления on g> on g> электрода или группы on g> Электроды on g> включают составные on on g> из on g. > почва в непосредственной близости, температура on g> on g> почвы, влажность c on палатка on g> on g> почвы и 28

Исследование изменения удельного сопротивления в зависимости от глубины и диэлектрической проницаемости грунта в отдельных частях рек. , Южная Нигерия Сирила Нванкво, Difference Ogagarue, F.Ezeoke :: SSRN

Британский журнал прикладной науки и технологий, 3 (3): 452-461, 2013

10 стр. Размещено: 27 янв 2016

См. Все статьи Сирила Нванкво