Измерение сопротивлений заземления опор ВЛ - Измерение удельных сопротивлений грунта

Верхний слой земли (грунт) обладает проводящими свойствами, которые характеризуются удельным электрическим сопротивлением. Для различных типов грунта удельные сопротивления различны и меняются в широких пределах. Наименьшие значения удельных сопротивлений (не более 100 Ом м) имеют глинистые, суглинистые, супесчаные грунты, обладающие свойством удерживать влагу, а также грунты с верхним слоем чернозема. Наибольшее удельное сопротивление (более 5000 Ом • м) имеют скальные породы и сухие сыпучие пески, а также многолетнемерзлые грунты (до 100 000 Ом • м).
Обычно удельные сопротивления грунта определяют в процессе инженерно-геологических изысканий при проектировании ВЛ. При этом чернозем, глина, суглинки составляют группу с расчетным удельным сопротивлением 100 Ом - м; суглинки с содержанием гальки до 40% и влажные супеси имеют удельное сопротивление от 100 до 300 Ом-м; лесс, супеси и влажные пески — от 300 до 500 Ом-м; пески с незначительным содержанием влаги, с галькой и валунами - от 500 до 1000 Ом-м.

Рис. 27. Схема четырехэлектродной установки ВЭЗ
Для измерения удельных сопротивлений применяют установку вертикального электрического зондирования ВЭЗ, схема которой показана на рис. 27. Электроды А и В служат для создания в земле токовой цепи (к этим электродам присоединяют источник переменного тока или токовые зажимы измерителя сопротивления заземления); электроды М и N используются для измерения разности потенциалов на поверхности земли при прохождении электрического тока. Электроды Л и В называют токовыми, М к N — потенциальными. Такая установка носит название симметричной четырехэлектродной.

Потенциал в точках М и ./V записывают в виде
(22)
где рк — кажущееся удельное сопротивление, которое может быть найдено в результате измерения. Для этого измеряют разность потенциалов между электродами М и N:
(23)
Нетрудно видеть, что AU/I и рк связаны соотношением
(24)
Коэффициент К называют коэффициентом установки (табл. 2), его рассчитывают для каждого значения АВ иMN. Например , при АВ = 2 м; MN = 0,7 м; AM = 0,65; AN = 1,35; BN = 0,65; ВМ= 1,35 коэффициент К =3,93.

Таблица 2. Рекомендуемые разносы электродов и коэффициенты установки

Рис. 28. Экспериментальная кривая ВЭЗ (Рг >Pl)

Рис, 29. Экспериментальная кривая ВЭЗ (Р2 <Pi)
Если грунт однороден, рк будет оставаться неизменным при любых значениях АВ(разносы электродов), в этом случае измеренное значение рк принимают за удельное сопротивление грунта. Однако вертикальный разрез грунта может иметь слоистую структуру, в которой каждый слой характеризуется удельным электрическим сопротивлением Р|, р2, - -. и мощностью (толщиной) слоя h j, h2 В этих случаях, выполнив зондирование, получают экспериментальные зависимости измеренных удельных сопротивлений от полуразноса электродов. Измеренное удельное сопротивление рк откладывают по вертикали, а соответствующее ему значение полуразноса электродов АВ/2 — по горизонтали на бланке с логарифмической сеткой (рис. 28, рис. 29).
Рис. 30. Палетки двухслойных кривых ВЭЗ для определения Рг и h j.

Способ интерпретации (расшифровки) результатов ВЭЗ основывается на сравнении экспериментальных зависимостей измеренного кажущегося удельного сопротивления с теоретическими для различных значений удельного сопротивления и мощности слоев. Набор теоретических кривых (палеток) для двухслойной структуры грунта показан на рис. 30. Каждая кривая соответствует одному из значений отношения Р2/Рi (указано в кружочках): рг - удельное сопротивление верхнего слоя; р2 - удельное сопротивление нижнего (подстилающего) слоя. Для пользования палеткой двухслойных кривых ее вычерчивают на кальке, которую затем прикладывают к графикам экспериментальных кривых.
Пример. На рис. 28 удельное сопротивление верхнего слоя Pi = = 40 Ом • м. Кальку с теоретическими кривыми накладывают на график экспериментальной кривой так, чтобы горизонтальная прямая на палетке с Pi -Рг = 1 совпала с горизонтальной прямой р, =40 Ом • м на графике, и перемещают кальку вправо до тех пор, пока одна из теоретических кривых палетки не совпадает с экспериментальной кривой. Такой кривой в данном случае будет кривая с отношением P2/Pi = 19, откуда р2 = = 19 -40 = 760 Ом -м. При этом вертикальная прямая креста палетки на оси абсцисс графика экспериментальной кривой отсечет отрезок ht =4м. На рис. 29 удельное сопротивление верхнего слоя Pi = 70 Ом • м. Кальку с теоретическими кривыми накладываем на график экспериментальной кривой так, чтобы горизонтальная прямая на палетке с Pj = р2 = 1 совпала с горизонтальной прямой Р| = 70 Ом - м на графике, и перемещаем кальку вправо до тех пор, пока одна из теоретических кривых палетки не совпадает с экспериментальной кривой. Такой кривой в данном случае будет кривая с отношением р2 /Pi = 1/4, откуда р2 = 70 * 1/4 = 17,5 Ом * м. При этом вертикальная прямая креста палетки на оси абсцисс графика экспериментальной кривой отсечет отрезок hi = 1,3 м.
При трехслойной, четырехслойной и другой структуре верхних слоев грунта кривые ВЭЗ имеют более сложную форму. При расшифровке таких кривых кроме палеток рис. 30 приходится использовать также вспомогательные палетки.
Для того чтобы использовать удельные сопротивления грунта как в проектировании, так и при эксплуатационном контроле, следует определить эквивалентное значение рэ. Для этого нужно знать форму заземляющего устройства (конструкцию заземлителей) и рассчитать сопротивление заземляющего устройства в однородном грунте, например, при р = = 100 Ом м (R,0о). Если в интересующем нас месте грунт имеет слоистую структуру, то для аналогичной формы заземляющего устройства специальными методами рассчитывают его сопротивление R. Эквивалентное удельное сопротивление определяют по формуле
Рэ=100(R/R1ОО).   (25)
Более простые способы определения удельных сопротивлений грунта связаны с фиксированным расположением электродов, а не с их перестановкой. При этом невозможно обнаружить слоистую геоэлектрическую структуру, а можно лишь определить эквивалентное удельное сопротивление по всей глубине на площадке поверхности грунта, ограниченной максимальным разносом электродов. Так, например, при измерениях сопротивления заземления опор без отсоединения грузозащитного троса по способу СибНИИЭ (см. § 2) эквивалентное удельное сопротивление грунта можно приближенно определить по значению R2, измеренному по схеме 2 рис. 13. Оно будет равно:
рэ= 126R2,   (26)
где Рэ — в ом-метрах, a R2 — в омах.