Удельное сопротивление почвы - Soil resistivity

Удельное сопротивление почвы это мера того, насколько почва сопротивляется или проводит электрический ток. Это критический фактор при проектировании систем, в которых ток проходит через поверхность Земли. Понимание удельного сопротивления почвы и того, как оно изменяется с глубиной в грунте, необходимо для проектирования системы заземления в электрическая подстанция, или для молниеотводов. Это необходимо для оформления заземление (заземляющие) электроды для подстанций и Постоянный ток высокого напряжения системы передачи. Раньше это было важно в телеграфия с возвратом земли. Это также может быть полезной мерой в сельское хозяйство в качестве косвенного измерения содержания влаги.^[1][2]

На большинстве подстанций земля используется для проведения тока короткого замыкания при замыкании на землю в системе. В однопроводное заземление В системах передачи электроэнергии сама земля используется в качестве пути передачи от конечных потребителей (потребителей электроэнергии) обратно к передающим объектам. Как правило, существует некоторое значение, выше которого сопротивление заземления не должно повышаться, и некоторое максимальное ступенчатое напряжение, которое нельзя превышать, чтобы не подвергать опасности людей и домашний скот.

Значение удельного сопротивления почвы может сильно варьироваться из-за влажности, температуры и химического состава. Типичные значения:

• Обычные значения: от 10 до 1000 (Ом-м)
• Исключительные значения: от 1000 до 10000 (Ом-м)

В SI единицей удельного сопротивления является Ом-метр (Ом-м); в Соединенные Штаты Вместо этого часто используется Ом-сантиметр (Ом-см).^[3] Один Ом-м равен 100 Ом-см. Иногда проводимость вместо этого указывается величина, обратная сопротивлению.

Широкий выбор типичных грунтов удельное сопротивление значения можно найти в литературе. Военный справочник 419 (MIL-HDBK-419A) содержит справочные таблицы и формулы для определения сопротивления стержней и проводов различных типов, закопанных в грунт с известным сопротивлением. Поскольку эти номера не защищены авторским правом, они широко копируются, иногда без подтверждения.

Измерение

Поскольку качество почвы может сильно варьироваться в зависимости от глубины и на большой боковой поверхности, оценка удельного сопротивления почвы на основе классификации почвы дает лишь грубое приближение. Фактические измерения удельного сопротивления необходимы для полной оценки удельного сопротивления и его влияния на всю систему передачи.

Часто используются несколько методов измерения удельного сопротивления:

Для измерения пользователь может использовать Тестер сопротивления заземления.

Метод Веннера

Четырехштырьковый метод Веннера, как показано на рисунке выше, является наиболее часто используемым методом для измерения удельного сопротивления почвы.^[4][5][6][7]Используя метод Веннера, кажущееся значение удельного сопротивления почвы составляет:

${\displaystyle \rho _{E}={\frac {4\cdot {\pi }\cdot a\cdot R_{W}}{1+{\frac {2\cdot a}{\sqrt {a^{2}+4\cdot b^{2}}}}-{\frac {a}{\sqrt {a^{2}+b^{2}}}}}}\,}$ ^[8]

куда

ρ_E = измеренное кажущееся удельное сопротивление грунта (Ом · м)

а = расстояние между электродами (м)

б = глубина электродов (м)

р_W = Сопротивление Веннера, измеренное как "V / I" на рисунке (Ом), если б маленький по сравнению с а, как и в случае зондов, проникающих в землю только на короткое расстояние (как обычно бывает), предыдущее уравнение можно свести к следующему:

${\displaystyle \rho _{E}=2\cdot \pi \cdot a\cdot R_{W}\,}$^[8]

Метод Шлюмберже

В методе Шлюмберже^[4][6][7] расстояние между датчиками напряжения составляет а а расстояния от датчика напряжения и датчика тока равны c (см. рисунок выше).

Используя метод Шлюмберже, если б маленький по сравнению с а и c, и c>2а, кажущееся значение удельного сопротивления грунта составляет:

${\displaystyle \rho _{E}={\pi }{\frac {c\cdot (c+a)}{a}}R_{S}\,}$

куда

ρ_E = измеренное кажущееся сопротивление почвы (Ом · м)

а = расстояние между электродами (м)

б = глубина электродов (м)

c = расстояние между электродами (м)

р_S = Сопротивление Шлюмберже, измеренное как "V / I" на рисунке (Ом)

Преобразование

Измеренный объем

Преобразование между значениями, измеренными методами Шлюмберже и Веннера, возможно только приблизительно.^[7] В любом случае, для методов Веннера и Шлюмберже расстояние между электродами между датчиком тока соответствует глубине исследования почвы, а измеренное кажущееся удельное сопротивление почвы относится к объему почвы, как показано на рисунке.

Ток имеет тенденцию течь вблизи поверхности при небольшом расстоянии между зондами, тогда как больший ток проникает глубже в почву при большом расстоянии. Удельное сопротивление, измеренное для данного расстояния между датчиками тока, представляет в первом приближении кажущееся сопротивление почвы на глубине, равной этому расстоянию.

Если кажущееся удельное сопротивление почвы, измеренное методом Шлюмберже, ρ_E (при соответствующем расстоянии между электродами а_S и c) дан, предполагая, что удельное сопротивление грунта относится к объему, как на рисунке с а = L / 3 следует:

${\displaystyle R_{W}={\frac {\rho _{E}}{2\cdot \pi \cdot a_{W}}}\,}$

с

${\displaystyle a_{W}={\frac {a_{S}+2c}{3}}\,}$

куда:

р_W = эквивалент Веннера сопротивление (Ом)

а_W = эквивалентное расстояние между электродами по методу Веннера (м)

а_S = электрод расстояние между датчиками напряжения по методу Шлюмберже (м)

c = электрод расстояние между датчиками напряжения и тока по методу Шлюмберже (м)

Если измеренный Schlumberger сопротивление перед расчетом кажущейся почвы удельное сопротивление необходимо рассчитать следующий коэффициент:

${\displaystyle \rho _{E}={\pi }{\frac {c\cdot (c+a_{S})}{a_{S}}}R_{S}\,}$

Метод Веннера - наиболее широко используемый метод измерения удельного сопротивления грунта для целей электрического заземления (заземления). Метод Шлюмберже был разработан для увеличения сигнала напряжения для более ранних, менее чувствительных приборов, путем размещения датчиков потенциала ближе к датчикам тока.

Почва удельное сопротивление на измерения будут влиять существующие поблизости заземленные электроды. Закопанные в земле проводящие объекты, контактирующие с почвой, могут сделать недействительными показания, полученные описанными методами, если они находятся достаточно близко, чтобы изменить результаты теста. Текущий схема потока. Это особенно актуально для больших или длинных объектов.

Изменчивость

Электропроводность почвы в основном является электролитической, и по этой причине удельное сопротивление почвы зависит от:

• содержание влаги
• содержание соли
• температура (выше точки замерзания 0 ° C)

Из-за изменчивости удельного сопротивления почвы, IEC стандарты требуют, чтобы сезонные изменения удельного сопротивления учитывались при проектировании системы передачи.^[9] Удельное сопротивление почвы может увеличиваться в 10 и более раз при очень низких температурах. ^[10]

Коррозия

Удельное сопротивление почвы является одним из движущих факторов, определяющих коррозионную активность почвы. Коррозийность почвы классифицируется на основе электрического удельное сопротивление посредством Британский стандарт BS-1377 следующим образом:

• ρ_E > 100 Ом · м: слабокоррозийный
• 50 < ρ_E <100 Ом · м: умеренно агрессивный
• 10 < ρ_E <50 Ом · м: коррозионный
• ρ_E <10 Ом · м: тяжелый

Рекомендации

1. «Орудия прецизионного земледелия: электропроводность почвы» (PDF). Получено 12 июн 2016.
2. «Будущее сельского хозяйства». Экономист. Получено 12 июн 2016.
3. «Руководство IEEE по измерению удельного сопротивления земли, импеданса заземления и потенциала земной поверхности наземной системы», IEEE Std 81-2012.
4. Диас, Родриго; душ С. Хёфель, Симоне; де А. Коста, Эдмондо Дж .; Каррер, Хосе А. М .; де Ласерда, Луис А. (15 ноября 2010 г.). «Двумерное моделирование метода Веннера методом граничных элементов - влияние расслоенной дискретизации». Mecánica Computacional. XXIX: 2255–2266.
5. "Metodi di prospezione Geofisica" (PDF). Университет Флоренции.
6. "Guida alla realizzazione dell'impianto di terra". Voltimum.
7. Локи, М. Х. «Учебное пособие: двухмерная и трехмерная электрическая съемка» (PDF). Стэндфордский Университет.
8. Андольфато, Роберто; Феллин, Лоренцо; Турри, Роберто (4 марта 1997 г.). "Анализ промышленной частоты: противостояние воображаемому опыту и числовому моделированию". Энергия Элеттрика. Милан. 74 (2): 123–134. Архивировано из оригинал 20 августа 2011 г.
9. IEC Std 61936-1 «Силовые установки, превышающие 1 кВ переменного тока - Часть 1: Общие правила» Раздел 10.3.1 Общие положения b.
10. Рекомендуемая практика IEEE для заземления промышленных и коммерческих энергосистем, IEEE Std. 142–1982, таблица 7, страница 122