Приложение B (справочное). Монтаж заглубленных в грунт заземляющих электродов

Приложение B
(справочное)

Монтаж заглубленных в грунт заземляющих электродов

B.1 Общие требования

Сопротивление заземляющего электрода зависит от его размера, формы и удельного сопротивления грунта, в который его заглубляют. Это удельное сопротивление часто изменяется от одного места к другому и в зависимости от глубины.

Удельное сопротивление грунта выражается в Ом·м: численно - сопротивление в Ом цилиндра площадью поперечного сечения основания 1 м ² и длиной 1 м.

Характер поверхности и растительности может дать некоторую информацию относительно более или менее благоприятной характеристики грунта для установки заземляющих электродов. Более надежная информация обеспечивается при наличии результатов измерений на заземляющих электродах, установленных в подобном грунте.

Удельное сопротивление грунта зависит от влажности и температуры, оба эти параметра изменяются в течение года. Влажность - под влиянием гранулирования грунта и ее пористости. Практически удельное сопротивление грунта увеличивается при уменьшении влажности.

Грунты в зонах подтопления рек, как правило, не подходят для устройства заземляющих электродов. Эти грунты состоят из каменной основы, являются сильно проницаемыми и легко затопляются отфильтрованной водой с высоким удельным сопротивлением. В этом случае необходимо устанавливать глубинные электроды, чтобы достигнуть более глубоких слоев грунта, у которых может быть лучшая проводимость.

Мороз значительно увеличивает удельное сопротивление грунта, которое может достигать нескольких тысяч Ом·м в замороженном слое. Толщина этого замороженного слоя в некоторых областях может составить 1 м и более.

Засуха также увеличивает удельное сопротивление грунта. Эффект засухи может наблюдаться в некоторых областях до глубины 2 м. Значения удельного сопротивления при таких условиях могут быть такого же порядка, как и во время мороза.

B.2 Удельное сопротивление грунта

В таблице B.54.1 приведена информация о значениях удельного сопротивления для определенных типов грунта.

Из таблицы B.54.2 видно, что удельное сопротивление может изменяться в значительной степени для того же самого типа грунта.

Таблица B.54.1 - Удельное сопротивление для различных типов грунта

Вид грунта	Удельное сопротивление, Ом·м
Болотистая земля	От нескольких единиц до 30
Аллювий	20-100
Перегной	10-150
Влажный торф	5-100
Мягкая глина	50
Известковая глина и уплотненная глина	100-200
Юрский мергель	30-40
Глинистый песок	50-500
Кремнистый песок	200-3000
Голый каменный грунт	1500-3000
Каменный грунт, покрытый лугом	300-500
Мягкий известняк	100-300
Уплотненный известняк	1000-5000
Пористый известняк	500-1000
Кристаллический сланец	50-300
Кристаллический сланец со слюдой	800
Гранит и песчаник в зависимости от погоды	1500-10 000
Гранит и сильно измененный песчаник	100-600

Для первого приближения к определению сопротивления заземляющего электрода можно произвести расчет, используя средние значения, указанные в таблице B.54.2.

Очевидно, что расчеты, сделанные исходя только из этих значений, дают лишь сугубо приблизительное значение сопротивления заземляющего электрода. С помощью формулы, приведенной в пункте B.3, путем измерения сопротивления возможно оценить среднее значение удельного сопротивления грунта. Такие знания могут быть полезны для дальнейших работ, проводимых в аналогичных условиях.

Таблица B.54.2- Изменение удельного сопротивления для различных типов грунта

Вид грунта	Среднее значение удельного сопротивления, Ом·м
Жирная пахотная земля, влажный насыпной грунт	50
Бедная пахотная земля, гравий, грубый насыпной грунт	500
Голый каменистый грунт, песок, монолитные скалы	3000

B.3 Заземляющие электроды, заглубленные в грунт

B.3.1 Составные части

Заземляющие электроды, заглубленные в грунт, могут быть выполнены:

- из стали горячего цинкования,

- стали в медной оболочке,

- стали с электроосажденным медным покрытием,

- нержавеющей стали,

- меди без покрытия.

Соединения между различными металлами не должны быть в контакте с грунтом. Не следует применять другие металлы и сплавы.

Минимальная толщина и диаметры деталей принимаются для обычных рисков химического и механического старения. Однако эти размеры могут быть недостаточными в ситуациях, где присутствуют существенные риски коррозии. С такими рисками можно встретиться в грунтах, где циркулируют блуждающие токи, например возвратные постоянные электрические токи в электрической тяге или вблизи установок катодной защиты. В этом случае необходимо принять специальные меры предосторожности.

Заземляющие электроды заглубляют в самых влажных частях грунта. Они должны быть расположены вдали от свалок отходов, где возможна фильтрация, например, экскрементов, жидких удобрений, химических продуктов, кокса и т.д., которые могут их разъесть, и максимально далеко от оживленных мест.

B.3.2 Оценка сопротивления заземляющего электрода

a) Горизонтально проложенный под землей проводник.

Сопротивление заземляющего электрода R, образованного горизонтально проложенным под землей проводником (см. 542.2.3 и таблицу 54.1), приблизительно рассчитывают по формуле

,

где - удельное сопротивление грунта, Ом·м;

L - длина траншеи, занятой проводниками, м.

Следует отметить, что укладка проводника в траншее извилистым путем не дает заметного снижения сопротивления заземляющего электрода.

Практически этот проводник монтируется двумя различными способами:

- заземляющий электрод фундамента здания: заземляющие электроды укладывают в виде замкнутого контура по периметру здания. Его длину принимают равной периметру здания;

- горизонтальные траншеи: проводники прокладывают под землей на глубине приблизительно 1 м в специальных траншеях, вырытых для этой цели.

Траншеи следует заполнять не камнями, шлаком или подобными материалами, а землей, способной сохранять влажность.

b) Проложенные под землей полосы.

Для обеспечения хорошего контакта двух поверхностей с грунтом сплошные полосы следует уложить вертикально (на ребро).

Полосы прокладывают под землей таким образом, чтобы их верхний край располагался приблизительно на глубине одного метра.

Сопротивление R проложенного под землей заземляющего электрода в виде полосы на достаточной глубине приблизительно равно

,

где - удельное сопротивление почвы, Ом·м;

L - периметр полосы, м.

c) Электроды, установленные вертикально под землей.

Сопротивление R вертикально расположенного под землей заземляющего электрода (см. 542.2.3 и таблицу 54.1) приблизительно рассчитывают по формуле

,

где - удельное сопротивление почвы, Ом·м;

L - длина стержня или трубы, м.

Если существует риск замерзания грунта или засухи, длина стержней должна быть увеличена на 1 или 2 м.

Значение сопротивления заземляющего электрода возможно уменьшить путем соединения нескольких вертикальных стержней параллельно, в случае двух стержней - на расстоянии друг от друга, равном длине одного стержня, и на большем расстоянии, если применяют более чем два стержня.

Дополнительно установленные длинные стержни, учитывая неоднородность грунта, могут достигнуть горизонта с низким или незначительным удельным сопротивлением.

B.4 Металлические колонны в качестве заземляющих электродов

Металлические колонны, входящие в металлоконструкцию и расположенные в грунте на определенной глубине, возможно использовать в качестве заземляющего электрода.

Сопротивление R расположенной под землей металлической колонны приблизительно рассчитывают по формуле

,

где L - расположенная под землей длина колонны, м;

d - диаметр цилиндра, образованного колонной, м;

- удельное сопротивление грунта, Ом·м.

Ряд соединенных колонн, расположенных вокруг здания, дает сопротивление того же порядка, что и заземляющий электрод фундамента.

Замоноличивание в бетон не исключает возможность применения колонн как заземляющих электродов и несущественно изменяет сопротивление заземляющего электрода.