Сопротивление заземлителей растеканию тока в многослойных грунтах

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

Кроме того, значение r верхних слоев земли колеблется в течение года, причем в значительных пределах в связи с изменением погодных условий, влекущих за собой изменение температуры грунта, содержания в нем влаги, солей и т.п. Эти изменения принято называть сезонными, а толщину слоя земли, подверженного сезонным изменениям, принято называть слоем сезонных изменений и обозначать буквой h_c. Для оценки влияния климата местности на сопротивление земли территория Российской Федерации условно разделена на четыре климатические зоны — от I до IV, в которых h_c имеет следующие значения:

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

Учет неоднородностей земли, т.е. наличия в ней горизонтальных слоев с разными удельными сопротивлениями, значительно повышает точность расчета заземлителей и, следовательно, удешевляет их сооружение. С другой стороны, учет слоистости земли весьма усложняет сам расчет, а также экспериментальное определение удельного сопротивления слоев грунта. Однако в последние годы все шире начинает внедряться в практику метод расчета заземлителей, при котором условно принимается, что земля имеет два слоя, обладающих каждый своим удельным сопротивлением r₁ и r₂. При этом толщина (или, как принято говорить, мощность) верхнего слоя h₁ может быть равной или быть больше мощности слоя сезонных изменений h_c. Следовательно, верхний слой (весь или частично) подвержен непосредственному воздействию погодных условий и его удельное сопротивление r₁ имеет значительные сезонные колебания, которые подлежат учету при расчетах заземлителей.

Сопротивление растеканию одиночного заземлителя (электрода) в двухслойном грунте зависит от геометрических размеров электрода, его размещения относительно поверхности земли и так называемого эквивалентного удельного сопротивления грунта r_экв.

Эквивалентным удельным сопротивлением многослойной земли называется такое удельное сопротивление однородной земли, при котором сопротивление растеканию данного электрода имеет то же значение, что и в реальном многослойном грунте. Эквивалентное удельное сопротивление многослойной земли r _экв, в том числе и двухслойной, в отличие от r однородной земли зависит от ряда факторов: от значений r отдельных слоев, формы, размеров и размещения в земле электрода.

Это обстоятельство делает крайне трудоемким определение r _экв расчетным путем. Поэтому оно определяется обычно экспериментально с помощью так называемого пробного электрода, аналогичного действительному по форме, размерам и размещению в земле. Лишь в некоторых частных случаях, в том числе для вертикальных стержневых электродов, а также для пластинчатых электродов, поставленных на ребро, размещенных в обоих слоях земли, приближенные значения r _экв могут быть определены из следующего выражения, Ом*м,

где l – длина (высота) электрода, м; Dl₁ и D l₂ длина частей электрода, находящихся в верхнем и нижнем слоях земли соответственно, м; r₁ и r₂ - удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев земли соответственно, Ом*м.

Располагая значением r _экв для интересующего нас электрода, а также данными о геометрических размерах и размещении электрода в земле, вычисление его сопротивления растеканию тока производим по соответствующей формуле из приведенных в табл. 2.1, в которой r необходимо заменить на r_экв.

Сопротивление растеканию одиночных заземлителей других типов при известных значения удельных сопротивлений обоих слоев земли r₁ и r₂ находится с помощью специальных справочных таблиц.

Для вертикальных стержневых электродов сопротивление растеканию в двухслойном грунте при известных r₁ и r₂ может быть определено (без предварительного вычисления r_экв) с помощью следующих приближенных выражений, Ом:

· для вертикального стержневого у поверхности земли

Таблица 2.1