Способ измерения удельного электрического сопротивления земли
Владельцы патента RU 2284532:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет (RU)
Изобретение относится к энергетике, к строительству линии электропередачи и трансформаторных подстанций. При проектировании и строительстве объектов энергетики выполняются большие объемы работ по определению удельного сопротивления земли. Технический результат изобретения: повышение точности измерения, снижение трудоемкости и времени измерения. Сущность: измерения производят непосредственно в земле на образце, электрически изолированном от прилегающей массы земли, без извлечения образца из скважины. Измерительное напряжение подводят к образцу со стороны его торцов, соблюдая при этом условие, чтобы длина образца равнялась или превышала его пятикратный диаметр. Способ позволяет использовать преимущества лабораторных методов измерения удельного сопротивления непосредственно в полевых условиях, повысить точность измерений, сократить время, затрачиваемое на их выполнение, и рассчитать коэффициент сезонных измерений удельного сопротивления. 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к энергетике и, в частности, к предпроектным изысканиям при строительстве объектов энергетики: линий электропередачи, трансформаторных подстанций, электрической защиты от коррозии конструкций в земле.
Известны способы измерения удельного электрического сопротивления земли с использованием системы электродов, погружаемых в землю на определенном расстоянии друг от друга и соединяемых с измерительными приборами (Коструба С.И. Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств. - М.: Энергоатомиздат, 1983 [1]).
Общим недостатком электродных способов измерения удельного сопротивления земли является то, что они дают результаты, существенно зависящие от состояния верхнего слоя земли, ее сезонных изменений, погодных условий, характеристики залегания пластов земли.
Для целей проектирования и монтажа заземляющих устройств измеренные такими способами значения удельного сопротивления умножают на коэффициенты сезонности, которые выбираются субъективно и ориентировочно, что часто приводит к существенным ошибкам в проектировании.
Известен способ определения удельного сопротивления земли в лабораторных условиях путем обработки в специальных установках образцов земли, отобранных из скважин или шурфов, расположенных в зоне предполагаемого строительства (ГОСТ 9.602-89 "Сооружения подземные" Приложение 1).
Недостатком такого способа является большая трудоемкость работ и значительный разрыв во времени между моментом отбора образца и получением окончательного результата измерений.
Известен способ измерения удельного сопротивления образцов по авторскому свидетельству SU №1659906, класс G 01 R 27/08. Опубликовано 30.06.91. Бюл. №24 (принято за прототип).
Способ включает контактирование исследуемого образца с двумя электродами, расположенными с противоположных сторон образца, измерение напряжения между электродами при пропускании через образец заданного тока, вычисление удельного сопротивления образца по измеренным значениям напряжения и тока.
Недостатками этого способа является то, что он применим для измерения удельного сопротивления только в лабораторных условиях, требует больших затрат труда и времени на проведение сопутствующих вспомогательных операций.
Техническим решением задачи является: повышение точности измерений удельного сопротивления земли, снижение трудоемкости работ по измерению, снижение времени, затрачиваемого на измерения.
Поставленная задача решается тем, что по способу измерения удельного электрического сопротивления земли, включающему контактирование исследуемого образца с двумя электродами, расположенными с противоположных сторон образца, измерение напряжения между электродами при пропускании через образец заданного тока, вычисление удельного сопротивления образца по измеренным значениям напряжения и тока, измерения производят непосредственно в земле на образце, электрически изолированном от прилегающей массы земли и представляющем собой вертикальный разрез измеряемого участка земли без нарушения его естественной структуры и смешивания горизонтальных слоев, а измерительное напряжение подводят к образцу с помощью электродов, контактирующих: с верхним торцом - по центру его горизонтальной поверхности; с нижним торцом - по периметру наружной поверхности, при этом соблюдают условие, чтобы длина образца - h равнялась или превышала его пятикратный диаметр - D.
На чертеже показана технологическая схема измерения удельного сопротивления земли по предлагаемому способу.
Способ измерения удельного электрического сопротивления земли осуществляется следующим образом.
На выбранном участке земли 1 образуют скважину 2, в которой вырезают образец 3 и с помощью изоляции 4 электрически отделяют его от прилегающей массы земли 1. Измерительное напряжение от источника тока и измерительных приборов (не показаны) подводят к образцу через электроды 5. Измерения проводят, не вынимая образец 3 из земли 1 и не нарушая естественную структуру образца 3. Соотношение длинны образца - h и диаметра образца - D должно удовлетворять условию h≥5D.
Определение удельного сопротивления земли по измеренным значениям напряжения и тока, протекающего через образец, производится расчетами по формуле
где ρ - удельное сопротивление образца земли;
U - напряжение между электродами;
I - электрический ток, протекающий через образец;
S - площадь поперечного сечения образца земли;
h - длина образца;
К - коэффициент, учитывающий: погрешность измерений геометрических размеров, плотность земли, изменение температуры, особенности стекания тока с электродов различной формы (определяется экспериментально).
Удельное сопротивление земли подвержено сезонным изменениям, вызываемым: осадками, засухой, подъемом грунтовых вод и другими факторами. При проектировании заземляющих устройств сезонные изменения удельного сопротивления учитываются специальными коэффициентами, которые выбираются субъективно проектировщиками из таблиц без учета фактических данных о состоянии земли в момент измерения [1].
Предлагаемый способ позволяет определить оптимальное значение коэффициента сезонных изменений удельного сопротивления земли с учетом конкретных условий непосредственно на строительной площадке. Для этого измеряют удельное сопротивление земли по предлагаемому способу в наиболее сухое время года, а затем измеряемый образец земли увлажняют дистиллированной (дождевой) водой до 100% влажности и снова измеряют его удельное сопротивление.
Делением удельного сопротивления земли естественной влажности на удельное сопротивление земли 100% влажности рассчитывают коэффициент сезонного измерения удельного сопротивления земли для конкретной площадки.
В таблице приведены результаты измерения удельного сопротивления земли для проектирования заземляющего устройства трансформаторной подстанции напряжением 10/0,4 кВ, расположенной в с.Березанскоя Краснодарского края, на площадке, имеющей следующий геолого-литологический разрез земли: растительный слой мощностью 0,35 м; подстилающий слой, суглинок средний желтый, известковистый, твердый мощностью 5,5 м; уровень грунтовых вод - 3,9 м.
Предлагаемый способ измерения удельного электрического сопротивления земли позволяет повысить точность измерений, получить более достоверные сведения об электрических параметрах земли, так как испытуемый образец сохраняет естественную структуру и расположение слоев земли с их естественной влажностью.
Способ позволяет использовать преимущества лабораторных методов измерения сопротивления непосредственно в полевых условиях, без извлечения образцов из земли.
Измерение удельного сопротивления по предлагаемому способу позволяет определить удельное сопротивление образца земли в естественном состоянии на момент измерения и минимально возможное удельное сопротивление в случае его увлажнения до 100% влажности, например: при таянии снега, ливневых дождях.
| Таблица Зависимость удельного электрического сопротивления земли и коэффициентов его сезонных изменений от способов измерений. | |||
| Способ измерения удельного сопротивления земли | Приборы для измерений | Среднее значение удельного сопротивления, Ом·м | Коэффициент сезонных измерений удельного сопротивления |
| погружением пробного электрода | Амперметр и вольтметр | 63 | 2,3 (по литературе [1]) |
| вертикальным электрическим зондированием | Прибор МС-08 | 58 | 2,3 (по литературе [1]) |
| Измерением образца земли непосредственно на площадке: | 1.43 | ||
| а) земля естественной влажности (август) | Устройство для измерения образцов земли. | 70 | (по предлагаемому способу) |
| б) земля 100% влажности | Амперметр и вольтметр | 49 |
Как видно из таблицы, при определении коэффициента сезонных измерений по предлагаемому способу расчетное значение удельного сопротивления земли существенно ниже рекомендованного в литературе [1].
Отношение двух значений удельного сопротивления земли дает возможность рассчитать коэффициент сезонных изменений сопротивления на конкретной площадке.
Способ позволяет экономить трудовые и материальные затраты на измерения и ускорить процесс подготовки данных для проектирования заземляющих устройств.
Способ измерения удельного электрического сопротивления земли, включающий контактирование исследуемого образца с двумя электродами, расположенными с противоположных сторон образца, измерение напряжения между электродами при пропускании через образец заданного тока, вычисление удельного сопротивления образца по измеренным значениям напряжения и тока, отличающийся тем, что измерения производят непосредственно в земле на образце, электрически изолированном от прилегающей массы земли и представляющем собой вертикальный разрез измеряемого участка земли без нарушения его естественной структуры и смешивания горизонтальных слоев, а измерительное напряжение подводят к образцу с помощью электродов контактирующих: с верхним торцом образца - по центру его горизонтальной поверхности, с нижним торцом - по периметру наружной поверхности, при этом соблюдают условие, чтобы длина образца h равнялась или превышала его пятикратный диаметр D.
