Die physikalisch-chemischen Eigenschaften der oberen Erdschichten, in denen die Ströme von Elektroinstallationen fließen, beeinflussen den Zustand unterirdischer Metallstrukturen. Bei der Auslegung und Installation von Rohrleitungsteilen und Erdungselektroden sind Kenntnisse über die elektrische Leitfähigkeit des Bodens erforderlich. Der Index des Bodenwiderstands ist von großer Bedeutung. Dieser Parameter bestimmt den Grad der Korrosionsgefahr für erdverlegte Metallprodukte.
Inhalt
- Allgemeine Konzepte und Definitionen
- Einfluss verschiedener Faktoren
- Die Rolle der Parametertabellenwerte
- Einfluss der Bodeneigenschaften auf die Erdung
- Möglichkeiten, die erforderlichen Parameter zu erhalten
- Anwendung in der Praxis
Allgemeine Konzepte und Definitionen
Die Eigenschaften des Bodens, die die Stromleitung ermöglichen, hängen von der Struktur und dem Gehalt der verschiedenen Komponenten ab. Den überwiegenden Einfluss auf den Widerstand der Erdungselektroden haben die oberen Bodenschichten in einer Tiefe von 20 bis zu 25 m Isolatoren in Form von Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Kalkstein werden gezwungen, als sogenannter Leiter zu fungieren. eine Bodenlösung, in der Salze und Feuchtigkeit zwischen den festen Teilen der Dielektrika zirkulieren. Dies führt zur Entstehung einer ionischen Leitfähigkeit des Bodens und unterscheidet sich von der elektronischen Leitfähigkeit von Metallen durch einen höheren Widerstand gegen elektrischen Strom.
Die korrosive Aktivität der Erde wird als ihre Fähigkeit bezeichnet, physikalische und chemische Wechselwirkungen mit Metallen zu zerstören. Feuchtigkeit, Porosität, Säure und Durchlässigkeit des Bodens, Vorhandensein von organischen Verbindungen und Abfallprodukten Bakterien, Mineralisierung, quantitative und qualitative Zusammensetzung von Elektrolytsalzen können diese erhöhen oder verringern Aktivität.
Der Bodenwiderstand, oder einfach Widerstand, wird mit dem griechischen Buchstaben ρ bezeichnet und definiert die Eigenschaften in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit. Es charakterisiert die Fähigkeit des Bodens, der Bewegung elektrischer Ladungen (Stromausbreitung) in einem herkömmlichen Leiter mit einer Querschnittsfläche von 1 m² zu widerstehen. Meter und Länge 1 Meter. Die Maßeinheit des Indikators ist Ohm · m.
Um den Wert des Bodenwiderstands zu bestimmen, Es gibt zwei Hauptwege:
- Steuerelektrodenmethode (wird bei der Konstruktion einzelner Erdungsgeräte verwendet). Dazu wird ein Muster entsprechend den Abmessungen der zukünftigen Erdungsanlage hergestellt und in den Prüfboden eingetaucht. Dann wird dort ein Paar Hilfselektroden platziert und der Widerstand gegen die Stromausbreitung vom Steuergerät gemessen.
- Methode mit vier Elektroden. Sie werden in einem Abstand von 2 bis 4 Metern voneinander bis zu einer Tiefe von bis zu 1/20 dieser Entfernung in den Boden abgesenkt. Der so gemessene Wert entspricht der Tiefe, in der die Elektroden beabstandet sind.
Darüber hinaus gibt es spezielle hochpräzise Instrumente zur Analyse der Bodenaktivität. Sie ermöglichen Ihnen, nicht nur im Labor, sondern auch im Feld zu arbeiten.
Einfluss verschiedener Faktoren
Zusammensetzung der Erde, Größe, Konfiguration und Kompaktheit der Platzierung ihrer Fragmente, Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur, Gehalt an löslichen chemische Bestandteile (Salze, Säuren, Laugen, Fäulnisrückstände organischer Verunreinigungen) spiegeln sich im Wert des Füllstandes wieder elektrische Leitfähigkeit. Alle diese Parameter ändern sich je nach Jahreszeit, daher ändern sich auch die Eigenschaften des Bodens und das in einem weiten Bereich.
In einem trockenen und heißen Sommer trocknen die oberen Bodenschichten aus, frieren im Winter ein, in beiden Fällen steigt der Widerstand gegen Stromausbreitung deutlich an. In einer Tiefe von 30 cm erhöht sich also bei einer Abnahme der Lufttemperatur von 0 ° C auf minus 10 ° C der spezifische elektrische Widerstand des Bodens um das 10-fache und in einer Tiefe von 50 cm um das 3-fache. Dadurch ist es möglich, die Korrosivität des Bodens zu beurteilen und erste Daten für die Auswahl eines wirksamen Erdungsbauwerks oder die Auslegung elektrischer Schutzeinrichtungen für ein unterirdisches Bauwerk zu erhalten.
Basierend auf, die Korrosivität von Böden wird in Gruppen eingeteilt, Informationen darüber sind in der Tabelle angegeben:
| Ätzende Aktivität | Spezifischer elektrischer Widerstand, Ohm m |
| Niedrig | mehr als 100 |
| Durchschnitt | von 20 bis 100 |
| Erhöht | von 10 bis 20 |
| Hoch | von 5 bis 10 |
| Sehr hoch | bis zu 5 |
Der elektrische Widerstand des Bodens wirkt sich direkt auf die Installationsarbeiten aus: Je niedriger sein Wert, desto einfacher ist es, Erdungsvorrichtungen zu installieren, was Geld- und Arbeitskosten reduziert.
Um der Stromausbreitung wirksam entgegenzuwirken, wenn die Erdung einer Anlage zur Stromerzeugung organisiert wird, Heizungs- oder Blitzschutzeinrichtungen im Erdreich mit niedrigem Widerstand, Erdungselektroden deutlich kleiner Größe.
Die Rolle der Parametertabellenwerte
Bei der Berechnung eines Erdungsgeräts sind Konstrukteure an Informationen über die elektrisch leitfähigen Eigenschaften des Bodens interessiert. Für eine vorläufige Bewertung werden ihre Durchschnittswerte verwendet, aber für die Anforderungen einer bestimmten Konstruktion werden die Eigenschaften der Masseelektroden neu berechnet. Erste Daten werden durch Kontrollmessungen und Vermessungsarbeiten gewonnen, die Parameter des Bodenwiderstands für ein bestimmtes Gebiet spezifizieren.
Die Tabelle der ungefähren Werte sieht so aus:
| Name des Bodens | Durchschnittlicher spezifischer elektrischer Widerstand, Ohm m |
| Basalt | 2 Tausend. |
| Sandstein | 1 Tausend. |
| Glimmerschiefer | 800 |
| Sand | 500 |
| sandiger Lehm | 300 |
| Poröser Kalkstein | 180 |
| Kohle | 150 |
| Lehm | 80 |
| Lehm | 60 |
| Tschernozeme | 50 |
| Gartenland | 40 |
| Il | 30 |
| Torf | 25 |
| Kochsalzlösung | 20 |
Böden wie Ton, Schwarzerde, Lehm (d.h. n. gut) haben einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand. Sandindikatoren hängen weitgehend vom Feuchtigkeitsgehalt ab und reichen von 10 bis 4 Tausend. Ohm m. Bei felsigen Böden geht die Zählung bereits in die Tausende, für Schotter - von drei bis fünftausend und für Granitfelsen - 20.000. Ohm m.
Besonders schwierig ist die Situation bei Permafrostböden, da ein Temperaturabfall ihren spezifischen Widerstand dramatisch erhöht. Zum Beispiel beträgt er für denselben Lehm bei +10 ° C 80 Ohm m und bei minus 10 ° C bereits 1 Tausend. Ohm m. Im Winter gefriert der Bodenmonolith bis zu einer Tiefe von Kilometern, und im Sommer erfolgt das Auftauen der oberen Schichten nur wenige Meter.
Einfluss der Bodeneigenschaften auf die Erdung
Eine Verringerung der Werte des spezifischen elektrischen Widerstands des Bodens schafft günstigere Bedingungen für die Ausbreitung einer elektrischen Ladung. Die Absorption von Ableitströmen und Blitzentladungen schützt zuverlässig erdverlegte Metallkonstruktionen. Dies verhindert elektrische Verletzungen von Arbeitern und Fehlfunktionen anderer Geräte.
Kommunikationseinrichtungen und -netze, Umspannwerke und medizinische Einrichtungen mit energieintensiven Geräten erfordern niedrigere Werte des Widerstands von Erdungselektroden als die Komponenten des elektrischen Netzes in Form von Stromleitungen und einfachen Wohngebäuden zu Hause. Ihre Installation und sichere Verwendung wird durch die PUE und zahlreiche Industriestandards geregelt, und die Normen sind in der Begleitdokumentation der installierten Geräte angegeben.
In allen Klimazonen wirken sich dieselben Naturphänomene auf unterschiedliche Weise auf den Boden aus, was sich in den besonderen Gefrier-, Feuchtigkeits- und Saisonalitätskoeffizienten widerspiegelt. Wenn der Boden nass wird, verringert sich sein spezifischer Widerstand um ein Vielfaches, und wenn er gefriert, erhöht er sich. Der Feuchtigkeitskoeffizient hat einen wesentlichen Einfluss auf den spezifischen elektrischen Widerstand des Bodens. Es wird verwendet, um Messungen an den Stellen der geplanten Erdungsvorrichtung zu korrigieren. in manchen Fällen:
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Der Boden ist mit Feuchtigkeit übersättigt - viel Niederschlag ist gefallen. Der gemessene Indikator entspricht dem minimal möglichen. - Der Boden hat einen durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt - Niederschläge waren nicht zahlreich. Auch die Messwerte sind durchschnittlich.
- Der Boden ist trocken - wenig Niederschlag. Das Ergebnis der Bodenwiderstandsmessungen ist maximal.
Die Zunahme der Größe von Erdungsvorrichtungen verringert die Abhängigkeit der Struktur von klimatischen Phänomenen.
Dies liegt daran, dass sich der Strom bis zu einer Tiefe ausbreitet, die den horizontalen Abmessungen der Masseelektrode entspricht, und der Haupteinfluss fällt auf die inneren Schichten des Bodens, die einen bewusst niedrigen spezifischen Widerstand.
Möglichkeiten, die erforderlichen Parameter zu erhalten
Erdungsschalter traditioneller Bauart bestehen aus einem Satz vertikaler und horizontaler Elektroden und werden in störungsfreien, "guten" Böden montiert. Vertikale Elektroden haben viele Vorteile, denn mit zunehmender Tiefe:
- Bodeneigenschaften sind stabiler;
- saisonale Schwankungen machen sich weniger bemerkbar;
- der Feuchtigkeitsgehalt steigt und verringert auch den Widerstand.
Horizontale Elektroden werden für Anschlusszwecke verwendet, können aber auch als unabhängige Elemente verwendet werden, wenn es nicht möglich ist, vertikale Erdungsschalter oder ein Gerät einer bestimmten Konstruktionen. Unter kritischen Bedingungen von Permafrost oder schweren Böden ist die Installation einer klassischen Erdung wirkungslos. Die besondere Situation des Gebiets erfordert riesige Erdungsgeräte, und aufgrund des Auswurfphänomens halten die Elektroden nicht länger als ein Jahr im Boden.
Um diese Probleme zu lösen Spezialisten haben eine Reihe von Techniken entwickelt:
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Die erforderlichen Mengen an „schlechten“ Böden werden entfernt und durch „gute“ ersetzt: Kohle oder Ton. Bei Permafrost ist die Wirkung kurzfristig, da auch der Ersatzboden früher oder später aushärtet. - In Gebieten mit geringem Erdwiderstand werden Fernerdungsanlagen in einer Entfernung von bis zu 2 km von der Hauptquelle montiert.
- Es werden chemische Verbindungen verwendet - Salze und Elektrolyte. Natriumchlorid (Kochsalz), Calciumchlorid, Kupfersulfat (Kupfersulfat) reduzieren Frostbeständigkeit des Bodens, müssen aber nach kurzer Zeit (von 2 bis 4 Jahren) erneuert werden, weil. sind anfällig für Auswaschungen.
Die beste Lösung für das Problem besteht darin, einen elektrolytischen Erdungskomplex zu schaffen. Es kombiniert vorteilhaft die chemische Bodenbearbeitung und den Bodenaustausch. Dazu werden elektrolytische Elektroden verwendet, die mit einer vorbereiteten Mischung aus Mineralsalzen gefüllt und gleichmäßig über den Arbeitsraum verteilt werden. Der Prozess des Auslaugens von Reagenzien wird durch die Verwendung eines speziellen elektrodennahen Füllstoffs stabiler, der die Kontaktfläche mit dem Boden erhöht. Dies ermöglicht es, die Probleme der Installation herkömmlicher Erdungselektroden zu lösen, die Größe und Menge der Ausrüstung erheblich zu reduzieren und das Volumen der allgemeinen Bauarbeiten zu reduzieren.
Anwendung in der Praxis
Die elektrische Leitfähigkeit der Erde ist ein variabler Wert. Sein Wert wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, unter denen Feuchtigkeit, Temperatur, Struktur und Luftdurchlässigkeit die wichtigsten sind. Bei der Installation einer Erdungsvorrichtung sind zuverlässige Informationen über die Baustellen erforderlich. Um sicherzustellen, dass der Widerstand der Erdungselektrode die zulässige Norm nicht überschreitet, müssen die Grenzen, innerhalb derer er sich ändern kann, genau bezeichnet werden.
Alle Daten für den Entwurfsbedarf werden durch geologische Untersuchungen und Messungen an einem bestimmten Objekt gewonnen. Die erhaltenen Ergebnisse unterliegen einer Anpassung unter Berücksichtigung der Jahreszeit, da die normalisierten Werte unter den kritischsten Bedingungen sichergestellt werden müssen. Und nur wenn sich herausstellt, dass aus verschiedenen Gründen keine Möglichkeit der Geländebindung besteht, verwenden sie Referenztabellen, während die Berechnung immer indikativ ist.
