Приложение D (справочное). Заземляющие электроды в грунте

Приложение D
(справочное)

Заземляющие электроды в грунте

D.1 Общие требования

Сопротивление заземляющего электрода зависит от его размера, формы и удельного сопротивления грунта в который его заглубляют. Это удельное сопротивление часто изменяется по длине и глубине.

Удельное сопротивление почвы выражается в Омах - сопротивление цилиндра площадью поперечного сечения основания 1 и длиной 1 м.

Характер поверхности и растительности может дать некоторую информацию относительно более или менее благоприятной характеристики почвы для установки заземлителя. Более надежная информация обеспечивается при наличии результатов измерений на заземляющих электродах, установленных в подобной почве.

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

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

Мороз значительно увеличивает удельное сопротивление почвы, которое может достигать нескольких тысяч Ом в замороженном слое. Толщина этого замороженного слоя в некоторых областях может составить один метр и более.

Засуха также увеличивает удельное сопротивление почвы. 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.

D.2 Удельное сопротивление грунта

Таблица D.54.1 дает информацию о значениях удельного сопротивления для определенных типов почвы.

Таблица D.54.1 - Удельное сопротивление

Характеристика грунта	Удельное сопротивление, Ом
Болотистая земля	От 1 Ом 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
Голая каменная почва	1500-3000
Каменная почва покрытая 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 согласно погоде	1500-10000
Гранит и сильно измененный песчаник	100-600

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

В первом приближении сопротивление может быть вычислено с применением средних значений таблицы D.54.2.

Очевидно, что вычисления, сделанные исходя только из этих значений, дают сугубо приблизительное значение сопротивления заземляющего электрода. Применяя формулу, приведенную в разделе D.3, измерение сопротивления позволяет оценить среднее значение удельного сопротивления грунта, что может быть полезным для дальнейших работ, выполненных в подобных условиях.

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

Характеристика грунта	Среднее значение удельного сопротивления, Ом
Жирная пахотная земля, влажный насыпной грунт	50
Бедная пахотная земля, гравий, грубый насыпной грунт	500
Голый каменистый грунт, сухой, монолитные скалы	3000

D.3 Заземляющие электроды заглубленные в грунт. Номенклатура

Заземляющие электроды заглубленные в грунт могут быть выполнены из:

- стали горячего цинкования,

- стали в медной оболочке,

- стали с медным покрытием,

- нержавеющей стали,

- голой меди.

Соединения между различными металлами не должны быть в контакте с почвой. 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 не достаточными в ситуациях, где присутствуют существенные риски коррозии. С такими рисками можно встретиться в почвах, где распространяют блуждающие токи, например возвратные токи постоянного тока в цепях электрической тяги или вблизи установок катодной защиты. В этом случае должны быть приняты специальные меры предосторожности.

Заземляющие электроды должны быть заглублены 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 расположены максимально далеко от оживленных мест.

ГАРАНТ:

Нумерация разделов приводится в соответствии с источником

D.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), может быть приблизительно рассчитано по формуле

,

где - удельное сопротивление почвы, Ом;

L - длина траншеи, занятой проводником, м.

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

Практически, этот проводник монтируется двумя различными способами:

- фундаментный заземлитель здания: заземляющие электроды укладывают в виде замкнутого контура по периметру здания. Его длину принимают равной периметру здания;

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

Траншеи не следует заполнять камнями, пеплом или подобными материалами, а следует заполнять 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 должны быть проложены 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 грунта, Ом;

L - периметр полосы, м.

с) Электроды установленные вертикально под землей

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

,

где - удельное сопротивление грунта, Ом;

L - длина стержня или канала, м.

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

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

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

D.4 Металлические колонны как заземляющие электроды

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

Сопротивление R расположенной под землей металлической колонны может быть приблизительно рассчитано по формуле

,

где - удельное сопротивление грунта, Ом;

L - расположенная под землей длина колонны, м;

d - диаметр цилиндра, образованного колонной, м.

Ряд соединенных колонн, расположенных вокруг здания, дают сопротивление того же порядка, что и фундаментные заземлители.

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