Методика расчёта сопротивления заземления при неизвестном удельном сопротивлении грунта

Из-за весьма низкой эффективности стандартных вертикальных заземлителей (электроды из проката черного металла, погружаемые на ограниченную глубину в поверхностные слои грунта) глубиной 2,5 – 5 м  процесс создания заземляющих устройств (ЗУ) с нормированными свойствами является чрезвычайно трудоемким, затратным и не всегда выполнимым. 

Получить заданное сопротивление ЗУ с минимальными затратами можно путём применения вертикальных составных глубинных заземлителей «ИГУР», способных достигать более плотных и, как правило, водо-насыщенных нижележащих слоёв  грунтов со стабильно низким удельным сопротивлением. Например, для сравнения,  эквивалентное удельное сопротивление земли на отметке 2,5 м составляет 446 Ом м, а  на глубине 15-20 м - 52 Ом м.          

В условиях, когда  известно лишь сопротивление существующего естественного (например, фундаментного) ЗУ и отсутствует достоверная информация об удельном сопротивлении грунтов на площадке производства работ, затруднен расчёт ресурсов, необходимых для создания ЗУ.

Пояснение к методике расчёта

Предприятием «ИГУР» предложена методика, позволяющая рассчитать число элементов заземления, не прибегая к каким-либо затратам, связанным с определением удельного сопротивления грунта в месте проведения работ косвенными методами. Следует отметить, что современные методы косвенной оценки удельного сопротивления глубинных слоёв грунтов по их характеристикам, замеренным на поверхности земли (в том числе и метод вертикального электрического зондирования ВЭЗ) не отличаются высокой достоверностью. Практика показывает, что удельное сопротивление грунта, определённое по методике ВЭЗ может более чем вдвое отличаться от его реального значения. Затраты же на его проведение  сопоставимы с затратами на монтаж самих ЗУ.

Для реализации метода «ИГУР» используется прямое зондирование  с применением вертикальных составных глубинных электродов заземления «ИГУР», т.е. именно тех заземлителей, с помощью которых и будут производиться дальнейшие работы по достижению заданного сопротивления заземления.

Сущность метода состоит в том, что на площадке строительства ЗУ погружают первый (пробный) вертикальный глубинный электрод. По мере погружения электрода замеряют его сопротивление.

Окончательное значение сопротивления электрода заземления принимают  на глубине погружения, при которой существенно замедляется падение сопротивления. Оптимальной считают глубину погружения 20 м и ниже (до 30 м). В последующем пробный электрод включают в работу заземляющего устройства, объединив его с другими электродами в единый контур.

Таким образом, измеренная величина сопротивления пробного вертикального электрода заземления при известной глубине погружения, дает представление об эквивалентном удельном сопротивлении грунта в месте производства работ, причем о его истинном значении в точке проведения работ.   Затем, принимая во внимание значения  требуемого (нормированного)  сопротивления ЗУ, а также измеренных значений  естественного заземляющего устройства (если оно существует на площадке) и пробного вертикального электрода,  расчётным путём вычисляют необходимое дополнительное количество вертикальных глубинных электродов N, достаточное для достижения заданных параметров. Для предварительных расчётов вкладом горизонтального электрода заземления обычно пренебрегают.    

Расчёт доступен в форме калькулятора по ссылке: КАЛЬКУЛЯТОР

Описание методики расчёт

• Определить требуемое (заданное) значение сопротивления заземляющего устройства «R». Замерить сопротивление естественного (если оно существует) заземляющего устройства «R1». В случае отсутствия естественного заземлителя в расчёт следует ввести сколь угодно большое значение, например, 1000 Ом.

• Забить первый (пробный) вертикальный электрод заземления глубиной 20 м (комплект из 13 стержней «ИГУР» длиной 1,5 м, соединенных между собой посредством муфт), отступив по возможности на расчётное расстояние L от существующего заземлителя и замерить его сопротивление «R2». 
• Рассчитать полученное результирующее сопротивление заземляющего устройства «Rр» с учётом забитого пробного вертикального электрода и существующего заземлителя.

• Сравнить расчётное значение «Rр» с требуемым нормированным значением сопротивления «R»: если «Rр» ≤ «R» - закончить расчёт,  если «Rр» > «R» - продолжить расчёт.  

• Проверить результаты расчёта замером сопротивления, объединив вместе существующий  заземлитель и пробный вертикальный электрод.
• Рассчитать необходимое сопротивление «R3» дополнительного заземлителя (помимо первого пробного электрода), достаточное для приведения заземляющего устройства к норме.
• Рассчитать необходимое  количество вертикальных глубинных электродов заземления «N», дополнительно (помимо первого пробного электрода) необходимых для приведения заземляющего устройства к норме. При получении значения «N» в виде дробного числа необходимо забить количество электродов, соответствующее целой его части и начать забивать следующий вертикальный электрод до достижения требуемого значения сопротивления ЗУ. Например, расчётное количество дополнительных глубинных электродов составляет N = 2,4. Требуется дополнительно забить 2 электрода и начать забивать третий.
• Проверить результаты расчёта замером сопротивления, объединив вместе все элементы заземляющего устройства. В случае необходимости продолжить погружение дополнительных стержней до доведения сопротивления ЗУ до заданных параметров.  Например, при значениях R=2 Ом, R₁=20 Ом, R₂=6 Ом, К=1,2 по расчёту дополнительно требуется 3 вертикальных глубинных электрода. При необходимости достижения R=1 Ом и тех же значениях остальных параметров потребуется 7 электродов.  

Особое внимание следует обратить на правильность проведения измерения сопротивления столь протяженных контуров заземления. Измерительные электроды необходимо устанавливать вне заземляющего устройства на территории, свободной от линий электропередач и подземных коммуникаций (трубопроводы, кабели с металлической оболочкой и броней и прочие металлоконструкции, имеющие связь с испытуемым заземлителем), т.к. их влияние приводит к искажению результатов измерения.

Основная погрешность измерения обусловлена взаимным влиянием измерительных электродов и заземлителя (о взаимном влиянии единичных заземлителей упоминалось выше). В зависимости от конфигурации и размеров ЗУ, близкое к действительному значение сопротивления может быть получено при определённом соотношении расстояний от испытуемого заземлителя до измерительных электродов. Измерительные электроды рекомендуется размещать на одной линии: токовый электрод R_т на расстоянии ≥ 5D от края заземляющего устройства, а потенциальный R_п - в первом приближении - на половине этого расстояния. При этом D является большей диагональю нового, окончательно построенного контура.