По мере удаления от заземлителя шаговое напряжение: Напряжение шага и прикосновения

Содержание

Напряжение шага и прикосновения

Поражение током возможно при прикосновении к заземленному корпусу электрооборудования, на которое произошло замыкание. В этом случае, когда человек касается одновременно корпуса, оказавшегося под напряжением, и земли, на которой стоит, он может оказаться под напряжением прикосновения U .

Напряжение прикосновения - разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

Потенциалы на поверхности грунта при замыкании тока на корпус любого потребителя распределяются по гиперболической кривой. Напряжение прикосновения равно разности потенциалов корпуса электрооборудования и точек почвы, на которых находятся ноги человека. Чем дальше электродвигатель находится от заземлителя, тем под большее напряжение прикосновения человек попадает, и наоборот, чем ближе к заземлителю, тем меньше напряжение прикосновения U . За пределами зоны растекания тока напряжение прикосновения равно напряжению на корпусе оборудования относительно земли.

Рис. Схема прикосновения человека к заземленному оборудованию при напряжении прикосновения:

I-распределение потенциала на поверхности грунта в момент замыкания фазы на корпус; II - напряжение прикосновения U при изменении расстояния от заземлителя; 1,2,3 - корпуса электродвигателей

Напряжение прикосновения и величина тока, протекающего через организм человека при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановки переменного тока частотой 50 Гц, не должны превышать соответственно 2 В и 0,3 мА.

Снизить напряжение прикосновения и силу тока можно за счет малого сопротивления системы защитного заземления или увеличения потенциала поверхности в зоне растекания тока на землю.

При наличии токопроводящих полов или грунта человек, находящийся недалеко от корпуса электрооборудования, на которое произошло замыкание тока, может оказаться под напряжением шага U Напряжение шага возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю.

Напряжение шага - напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

Характер распределения потенциалов на земной поверхности подчиняется гиперболическому закону.

На расстоянии 1 м от места стекания тока на землю потенциал снижается на 68%, на расстоянии 10 м снижение достигает 92%, а на расстоянии 20 м потенциал точек земли практически равен нулю. Такое распределение потенциалов объясняется тем, что вблизи заземлителя площадь проводника-земли малая, поэтому здесь земля оказывает большое сопротивление прохождению тока. По мере удаления от заземлителя сечение проводника-земли увеличивается, сопротивление его уменьшается, следовательно, и падение напряжения уменьшается. На расстоянии более 20 м от места замыкания тока земля практически не оказывает сопротивления прохождению тока.

Человек, находясь в зоне растекания тока, даже не прикасаясь к поврежденному оборудованию, может попасть под высокое напряжение.

Это происходит потому, что различные точки земли, которых касаются ноги человека, имеют различные потенциалы.

Из равенства следует, что напряжение шага зависит от тока замыкания, ширины шага, расстояния от человека до места замыкания тока на землю, а также от удельного сопротивления грунта. По мере удаления от места замыкания напряжение шага становится меньше.

Максимальное значение будет, когда человек одной ногой стоит на участке земли в точке замыкания тока на землю, а другой - на расстоянии шага от этой точки. Минимальное значение соответствует случаю, когда человек стоит на точках с одинаковыми потенциалами, тесно сомкнув ноги. В этом случае = 0.

Напряжение шага является причиной частой гибели людей и крупных животных (коров, лошадей). При обнаружении соединения с землей какой-либо токоведущей части установки запрещается приближение к месту повреждения на расстояние ближе 4 м в помещениях и ближе 10 м - на открытых площадках.

Следует отметить, что характер зависимости напряжения шага от расстояния между человеком и заземлителем противоположен той же зависимости напряжения прикосновения, которое увеличивается с увеличением расстояния.

Без учета дополнительных сопротивлений в электрической цепи человека максимальное напряжение шага меньше напряжения прикосновения. Однако поражение людей при воздействии напряжения шага объясняется тем, что под действием тока в ногах возникают судороги и человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль его тела через дыхательные органы - легкие и сердце, что приводит к параличу их деятельности.

Оказавшись в зоне напряжения шага, выходить из нее следует небольшими шагами (гусиными скользящими шагами) в сторону, противоположную месту предполагаемого замыкания на землю и, в частности, лежащего на земле провода.

Напряжение шага это - Всё о электрике

Напряжение шага

При наличии токопроводящих полов или грунта человек, находящийся недалеко от корпуса электрооборудования, на которое произошло замыкание тока, или упавшего на землю электропровода может оказаться под напряжением шага Uш. Напряжение шага возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю.

Напряжение шага – напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

Характер распределения потенциалов на земной поверхности подчиняется гиперболическому закону.

На расстоянии 1м от места стекания тока на землю потенциал снижается на 68%, на расстоянии 10м снижение достигает 92%, а на расстоянии 20м потенциал точек земли практически равен нулю. Такое распределение потенциалов объясняется тем, что вблизи заземлителя площадь проводника земли малая, поэтому здесь земля оказывает большое сопротивление прохождению тока, а по закону Ома: где

I – сила тока электроцепи, А; U – напряжение, В; Rз – сопротивление (в данном случае земли), Ом;

По мере удаления от заземлителя сечение проводника – земли увеличивается, сопротивление его уменьшается, следовательно, и падение напряжения уменьшается. На расстоянии более 20м от места замыкания тока земля практически не оказывает сопротивления прохождению тока.

Человек, находясь в зоне растекания тока, даже не прикасаясь к поврежденному оборудованию, может попасть под высокое напряжение.

Это происходит потому, что различные точки земли, которых касаются ноги человека, имеют различные потенциалы. Например, левая нога отстоящая от заземлителя на расстоянии х, приобретает потенциал xх, величину которого определяют по формуле:

где Iз – ток замыкания на землю, А;

r – удельное сопротивление грунта, Ом × м;

Правая нога соответственно приобретает потенциал xх+а, определяемый выражением:

где а – ширина шага, м.

Разность потенциалов, под которой могут оказаться ноги человека, называют напряжением шага:

Отсюда определяют напряжение шага:

Из равенства следует, что напряжение шага зависит от тока замыкания, ширины шага, расстояния от человека до места замыкания тока на землю, а также от удельного сопротивления грунта. По мере удаления от места замыкания напряжение шага становится меньше.

Силу тока, проходящего через человека, попавшего под напряжение шага, определяют по формуле:

где Rh – сопротивление человека воздействию электрического тока, Ом.

Максимальное значение Ih будет, когда человек одной ногой стоит на участке земли в точке замыкания тока на землю, а другой – на расстоянии шага от этой точки. Минимальное значение Ih соответствует случаю, когда человек стоит на точках с одинаковыми потенциалами, тесно сомкнув ноги. В этом случае Ih=0.

Напряжение шага является причиной частой гибели людей и крупных животных (коров, лошадей). При обнаружении соединения с землей какой-либо токоведущей части установки запрещается приближение к месту повреждения на расстояние ближе 4м в помещениях и ближе 20м – на открытых площадях.

Необходимо отметить, что характер зависимости напряжения шага от расстояния между человеком и заземлителем противоположен той же зависимости напряжения прикосновения, которое увеличивается с увеличением расстояния.

Без учета дополнительных сопротивлений в электрической цепи человека максимальное напряжение шага меньше напряжения прикосновения. Однако поражение людей при воздействии напряжения шага объясняется тем, что под действием тока в ногах возникают судороги и человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль его тела через дыхательные органы – легкие и сердце, что приводит к параличу их деятельности.

Оказавшись в зоне напряжения шага, выходить из нее следует небольшими шагами (гусиными скользящими шагами) в сторону, противоположенную месту замыкания электрического провода на землю.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8839 – | 7553 – или читать все.

93.79.246.243 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Что такое шаговое напряжение

Шаговым напряжением (напряжением шага) называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Шаговое напряжение зависит от удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока.

Шаговое напряжение – это напряжение между двумя точками на земле на расстоянии шага, возникающее вокруг точки замыкания на землю токоведущей линии. Наибольшая величина этого напряжения наблюдается на расстоянии 80 – 100 см от точки касания провода с землей, затем оно бистро понижается и на расстоянии 20 м практически становится равным нулю.

В области защитных устройств от поражения током — заземления, зануления и др. — интерес представляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя.

Очень часто путают напряжения прикосновения и напряжение шага. Напряжение прикосновения – это разность потенциалов двух точек электрической цели, которых одновременно касается человек, а напряжение шага есть напряжение между двумя точками поверхности земли в зоне растекания тока, отстоящими друг от друга на расстоянии одною шага.

Шаговое напряжение при одиночном заземлителе

Шаговое напряжение определяется отрезком, длина которого зависит от формы потенциальной кривой, т.е. от типа заземлителя, и изменяется от некоторого максимального значения до нуля с изменением расстояния от заземлителя.

Допустим, что в земле в точке О размещен один заземлитель (электрод) и через этот заземлитель проходит ток замыкания на землю. Вокруг заземлителя образуется зона растекания тока по земле, т. е. зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами заземления на землю, может быть условно принят равным нулю.

Причина этого явления заключается в том, что объем земли, через который проходит ток замыкания на землю, по мере удаления от заземлителя увеличивается, при этом происходит растекание тока в земле. На расстоянии 20 м и более от заземлителя объем земли настолько возрастает, что плотность тока становится весьма малой, напряжение между точками земли и точками еще более удаленными не обнаруживается сколько нибудь ощутимо.

Распределение напряжения на различных расстояниях от заземлителя: 1 — потенциальная кривая 2 — кривая характеризующая изменение шагового напряжения

Если измерить напряжение Uз между точками, находящимися на разных расстояниях в любом направлении от заземлителя, а затем построить график зависимости этих напряжений от расстояния до заземлителя, то получится потенциальная кривая ) Если разбить линию ОН на участки длиной 0,8 м, что соответствует длине шага человека, то ноги его могут оказаться в точках разного потенциала Чем ближе к заземлителю, тем напряжение между этими точками на земле будет больше (U a б > U бв; U бв > U вг)

Шаговое напряжение для точек В и Г определяется как разность потенциалов между этими точками

U ш = U в – U г = U з B

где B —коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой 1 . Наибольшие значения напряжения шага и коэффициента B будут при наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек одной ногой стоит на заземлителе, а другая нога на расстоянии шага.

Кривая 2 характеризует изменение шагового напряжения.

Опасное шаговое напряжение может, например, возникнуть вблизи упавшего на землю и находящегося под напряжением провода. В этом случае запрещается приближаться к проводу, лежащему на земле, на расстояние ближе 8 – 10 м.

Шаговое напряжение отсутствует, если человек стоит или на линии равного потенциала или вне зоны растекания тока.

Максимальные значения шагового напряжения будут при наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек одной ногой стоит непосредственно на заземлителе, а другой — на расстоянии шага от него. Объясняется это тем, что потенциал вокруг заземлителей распределяется по вогнутым кривым и, следовательно, наибольший перепад оказывается, как правило, в начале кривой.

Наименьшие значения шагового напряжения будут при бесконечно большом удалении от заземлителя, а практически за пределами поля растекания тока, т.е. дальше 20 м. Напряжение шага будет отсутствовать, когда человек стоит в зоне малых (близких к кулевому) потенциалов, на линии равного потенциала или на одной ноге (поэтому выходить из зоны растекания тока рекомендуется, перемещаясь прыжками на одной ноге и располагая ступню вдоль линии равного потенциала).

Шаговое напряжение при групповом заземлителе

В пределах площади, на которой размещены электроды группового заземлителя, шаговое напряжение меньше, чем при использовании одиночного заземлителя. Шаговое напряжение также изменяется от некоторого максимального значения до нуля — при удалении от электродов.

Максимальное шаговое напряжение будет, как и при одиночном заземлителе, в начале потенциальной кривой, т.е. когда человек одной ногой стоит непосредственно на электроде (или на участке земли, под которым зарыт электрод), а другой — на расстоянии шага от электрода.

Минимальное шаговое напряжение соответствует случаю, когда человек стоит на «точках» с одинаковыми потенциалами.

Опасность шагового напряжения

При обнаружении замыкания на землю до отключения поврежденного участка запрещается приближаться к месту повреждения на расстояние менее 4 – 5 м в закрытых распределительных устройствах и 8 – 10 м на открытых подстанциях. В случае необходимости (например, в целях ликвидации аварии, оказания подойди пострадавшему) можно приблизится к месту повреждения на меньшее расстояние, но при этом необходимо использовать защитные средства: боты, галоши, коврики, деревянные лестницы их т. п.

При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и как следствие этого падение человека на землю. В этот момент прекращается действие на человека шагового напряжения и возникает иная, более тяжелая ситуация: вместо нижней петли в теле человека образуется новый, более опасный путь тока, обычно от рук к ногам и создается реальная угроза смертельного поражения током. При попадании в область действия шагового напряжения необходимо выходить из опасной зоны минимальными шажками (“гусиным шагом”).

Особо опасно шаговое напряжение для крупного рогатого скота, т.к. расстояние шага у этих животных очень велико и соответственно велико напряжение, под которое они попадают. Нередки случаи гибели скота от шагового напряжения.

Опасность шагового напряжения

Электрический ток всегда является потенциальной опасностью для жизни человека. Шаговое напряжение – одно из самых опасных явлений в электротехнике, определение которого знать нужно любому электрику.

Определение

Что это такое – шаговое напряжение? Это определенное напряжение, которое возникает между ногами человека, стоящего рядом с заземленным объектом без соприкосновения с ним. Оно равно разности напряжений электричества между объектом и точкой, которая находится на некотором расстоянии от него. Главными факторами, влияющими на него, являются расстояние, удельное сопротивление земли (сетка заземления) и силы тока, протекающего по проводнику.

Фото — Пример шагового вихря напряжения

Опасность шагового напряжения заключается в том, что прикосновения не нужны для поражения током, а после поражения перемещение практически невозможно. За счет того, что земля также имеет определенное удельное напряжение, удар может произойти независимо от действий человека.

Фото — Зависимости размеров шага и напряжения

Причины

Опасное напряжение чаще всего возникает при обрыве электрического локального кабеля, поставляющего электричество к определенному объекту. Опаснее всего в такой момент человеку находиться на болоте, в воде или даже стоять на мокром асфальте, т. к. вода является превосходным проводником электрического тока.

О том, какое напряжение называют шаговым, изучается даже в школах, но, к сожалению, предугадать момент его появления и конкретное поле действия очень сложно. Оно может проявиться из-за перепадов атмосферного давления, возникновения взрыва на электрических подстанциях, при коротком замыкании на проводе в помещении или на улице, и даже от взаимодействия земли с молнией.

Действие

Для того, чтобы предупредить вредное воздействие шагового напряжения, необходимо провести расчет. Он поможет вычислить размер диапазон и его силу.

Фото — Расчет шагового напряжения

Каждый параметр отвечает за определенный показатель, важный при вычислении радиуса. На данной схеме:

  • IЗ – ток короткого замыкания, измеряется в Амперах;
  • ρ – удельное сопротивление грунта, Ом*м;
  • a – расчетная длина шага, м
  • x – расстояние от места повреждения, измеряется в метрах.

Исходя из графика может быть рассчитана зона шагового напряжения и непосредственно его размер:

UШ = (I3 * ρ * a) / 2 π x (x + a). Измеряется в вольтах.

Конечно, точно определить шаговое предельное напряжение и его радиус очень сложно, т. к. нужно рассчитать примерное сопротивление разных слоев почвы и вывести средний показатель, умноженный на определенный коэффициент. Но такая формула поможет провести прикидочные расчеты и вычислить напряжение, диапазон и прочие параметры.

Благодаря этому расчету можно определить не только пошаговое напряжение, но и шаг сетки, что поможет минимизировать вероятность летального исхода. Считается, что воздействие будет минимальным, если сокращать шаги, но это зависит от частоты полос напряжения. Например, есть схема кривой, которая поможет рассчитать размер шага при аварии.

Фото — Кривая расчета ширины шага

Для того чтобы получить такой график на местности, необходимо измерить вольтаж на разных расстояниях от провода, а после свести данные в одну схему. Обратите внимание на отрезок ОН, на чертеже указано, что его можно разбить на несколько участков, которые по размеру будут соответствовать среднему шагу человека. В таком случае, Вы сможете вывести рабочего из зоны опасности. Если просчитать места образования опасных линий, то при шагах ступни будут находиться в участках разности потенциалов. Также график наглядно демонстрирует, что чем ближе объект (см. человек), находится к эпицентру аварии (оборванному проводу), тем меньшими становятся отрезки и выше напряжение.

Учитывая это, формула будет иметь такой вид:

Uш = Uв — Uг = Uз*B

В данном случае, коэффициент напряжения между человеческими ступнями, также именуемый как коэффициент напряжения шага равняется 1 (по умолчанию). Этот показатель зависит от расстояния до аварии. Например, чем ближе источник напряжения – тем выше коэффициент между ступнями.

На графике 2 демонстрируется, как именно изменяются данные при движении тела в зоне опасности. Особенно высоко влияние тока в грозу или на мокром асфальте. В подобных случаях без специальной экипировки запрещается приближаться к эпицентру ближе, чем на десять метров.

При этом нужно учитывать сторонние факторы, влияющие на проводимость человеческого тела и сопротивление между ступнями. Так, если рабочий в момент падения провода будет в мокрой одежде, обуви или просто вспотеет, то для смертельного удара будет достаточно даже нескольких десятков Вольт, в отличие от значащихся в технике безопасности 220.

Со временем может произойти самостоятельное выравнивание электрического тока, если будет отключен источник. В такой случае, вся энергия просто уйдет в землю, не требуя дополнительных процессов.

Видео: расчет шагового напряжения

Действия при аварийной ситуации

Пройдя понятие о шаговом напряжении, становится понятно, что для осуществления каких-либо спасательных операций, понадобятся специальные меры защиты. Это костюм, выполненный из неприводимого материала и определенные знания оказания первой помощи.

Поражение начинается с нижних частей ног, в зависимости от напряжения, ощущения могут быть разными:

Правила выхода из опасной ситуации гласят, что если помощи нет, то нужно стараться выбраться из зоны действия тока. Электробезопасность рекомендует уменьшать размер шагов, например, двигаться прыжками на одной ноге, размером менее 40 см. Способы зависят от конкретной ситуации.

Фото — памятка БЖД по спасению человека в зоне шагового напряжения

Когда вошли в безопасный участок, сразу нужно определить возможные симптомы поражения шаговым напряжением:

  1. Дрожь и онемение конечностей;
  2. Бессвязность речи;
  3. Головокружения, потеря сознания, тошнота;
  4. Боль в мышцах;
  5. Любые виды нарушения дыхания, начиная от першения в горле и заканчивая спазмами;
  6. Фибрилляция.

В сводах БЖД сказано, что в 80 % случаев самостоятельный выход из зоны, где действует шаговое напряжение, практически не имеет последствий. Но у 20 % освобождение из ловушки может оставить след на всю жизнь в виде проблем с сердцем или легкими.

{SOURCE}

Шаговое напряжение (напряжение шага)

Человек, попавший в зону растекания тока, оказывается под разностью потенциалов или под «шаговым напряжением», и ток проходит через тело человека по пути «нога – нога». Это происходит вследствие того, что разные точки «земли», которых касаются ноги человека (рис. 14, б), имеют разные потенциалы. Например, левая нога человека, отстоящая от заземлителя на расстоянии х1, приобретает потенциал

φл = Iзм · ρ / 2πх1,

а правая нога соответственно приобретает потенциал, равный

φп = Iзм · ρ / 2π (х1 + а),

где а – ширина шага человека, м.

Разность потенциалов или напряжение, под которым могут оказаться ноги человека, называется «шаговым напряжением» или «напряжением шага» Uш. Из рис. 14, б видим, что

Uш = φл – φп = Ux1 U(х1– a) = Iзм· ρ · а / 2πх1 (х1 + а)

или

Uш= Iзм · ρ · а / 2πх1(х1 + а),

где Iзм – ток замыкания, А; ρ – удельное сопротивление грунта, Ом · м; х1 – расстояние до точки соприкосновения ноги человека с «землей»; а – ширина шага человека (при расчетах ширина шага человека принимается равной 1 м).

Примечание. Шаговое напряжение или напряжение шага – напряжение между двумя точками на поверхности «локальной земли» или проводящего пола, находящимися на расстоянии 1 м одна от другой, которое рассматривается как длина шага человека (ПУЭ, п. 1.7.25).

Из рис. 14 видно, что «шаговое напряжение» зависит от ширины шага «а» и расстояния до места замыкания на «землю». По мере удаления от заземлителя или упавшего на землю провода «напряжение шага» уменьшается и на расстоянии более 20 м оно практически равно нулю.

Следовательно, человек, попавший в зону растекания тока, может оказаться под разностью потенциалов (под напряжением), даже не касаясь руками каких-либо частей электроустановки или оборвавшегося и замкнутого на «землю» электропровода, и ток будет проходить по пути «нога – нога».

Действие шагового напряжения на человека. Из кривой уменьшения потенциалов в случае растекания токов в «земле» (рис. 14, б) видно, что «напряжение шага» уменьшается по мере удаления от заземлителя и увеличивается по мере приближения к нему.

При больших токах замыкания на «землю» шаговые напряжения могут достигать опасных для жизни человека величин. При попадании человека под «напряжение шага» порядка 100 В и выше у человека могут наступить судороги ног, он может упасть на «землю», и тогда ток потечет по пути «руки – ноги», т. е. имеет место замыкание тока через тело человека. В этом случае ток будет проходить через легкие и сердце человека. В результате тело человека замыкает точки с большой разностью потенциалов, так как расстояние между точками прикосновения увеличивается до размеров роста человека – увеличение ширины шага «а». Поэтому в случаях обнаружения упавшего на «землю» электропровода не следует приближаться к месту замыкания ближе 6…7 м, а в закрытых помещениях не разрешается приближаться к упавшим проводам на расстояние ближе 4…5 м.

Примечание. Выходить из зоны растекания токов или выносить пострадавших можно передвигаясь только очень короткими шагами, чтобы не увеличивать шаговое напряжение и устранить вероятность поражения человека шаговым напряжением.

Оценка эффективности токовой защиты электроустановок

с напряжением до 1000 В

Для обеспечения токовой защиты в случаях замыкания токонесущих проводов на корпус электроустановки необходимо использовать плавкие вставки (предохранители) или автоматические выключатели.

В целях обеспечения автоматического отключения электроустановок напряжением до 1000 В все открытые проводящие части установок должны быть присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания в 3-фазных сетях переменного тока, если применена система с занулением проводящих частей электроустановки (система ТN). Если используется 4-проводная сеть с нулевым проводом (система IT или ТТ), проводящие части электроустановок должны быть заземлены.

Характеристики защитных аппаратов и параметры защитных проводников обеспечивают время срабатывания системы защиты (время отключения) поврежденной цепи защитно-коммутационным аппаратом в соответствии с номинальным фазным напряжением источника питания.

В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В для обеспечения автоматического отключения аварийного участка нулевые защитные проводники должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы при замыкании фазы на корпус в нулевом проводнике возникал ток короткого замыкания Iкз, превышающий не меньше чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя, устройства автоматического отключения, т. е. Iкз 3 IномFU.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими электромагнитный расцепитель (отсечку), нулевой защитный проводник должен выбираться с таким расчетом, чтобы в цепи «фаза – нуль» был обеспечен ток короткого замыкания, равный уставке тока мгновенного срабатывания, умноженный на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным), и на коэффициент запаса, равный 1,1. При отсутствии заводских данных для автоматов с номинальным током до 100 А кратность тока короткого замыкания относительно уставки следует принимать равным 1,4. Для автоматов с номинальным током более 100 А коэффициент принимается равным 1,25.

Примечание. Полная проводимость нулевых защитных проводников должна быть не менее 50% проводимости фазного провода.

В системе с глухозаземленной нейтралью и нулевым проводом N (система TN) время автоматического срабатывания не должно превышать значений, указанных в табл. 2

В 4-проводных сетях 3-фазного переменного тока с изолированной нейтралью и заземленной электроустановкой (система IT) время автоматического отключения питания при двойном замыкании на открытые проводящие части электроустановки должно соответствовать данным, приведенным в табл. 3.

Таблица 2

Время автоматического отключения

электропитания в системе ТN

Номинальное

фазное

напряжение, В

Время

отключения,

с

127

Не более 0,8

220

Не более 0,4

380

Не более 0,2

Более 380

Не более 0,1

Таблица 3

Время автоматического отключения

электропитания в системе IT

Номинальное

линейное

напряжение, В

Время

отключения,

с

220

Не более 0,8

380

Не более 0,4

660

Не более 0,2

Более 660

Не более 0,1

Для расчета токовой защиты по номинальной мощности Рном электроустановки в установившемся режиме определяется величина номинального тока Iном, а величина тока срабатывания предохранителя IFU выбирается в соответствии с Правилами устройства электроустановок и аппараты защиты имеют кратность:

не более 3 Iном – для плавкой вставки предохранителя;

не более 4,5 Iном – для уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку).

Для оценки эффективности токовой защиты необходимо сравнить величину тока срабатывания предохранителя IFU c током короткого замыкания Iзм заземленной электроустановки, подключенной к 3-фазной сети переменного тока:

система эффективна, если Iзм > 3 IFU;

система неэффективна, если Iзм< 3 IFU.

Однофазный ток короткого замыкания Iкз рассчитывается по формуле

Iкз = Uф / (Zп + Zт / 3),

где Uф– фазное напряжение, В; Zп – полное сопротивление петли «фаза – нуль» до наиболее удаленной точки сети, Ом; Zт – полное сопротивление обмотки силового трансформатора, Ом.

Полное сопротивление петли «фаза – нуль» можно рассчитать по формуле

Zп = Z0 + Lп,

где Z0 – полное сопротивление петли, Ом · км; Lп – длина проводов, км.

Примечание. Выбор предохранителей производится с учетом номиналов, выпускаемых промышленностью.

Контрольные вопросы

1. Напряжение прикосновения и причины его возникновения.

2. Напряжение прикосновения в 3-фазной сети переменного тока с заземленной нейтралью и изолированным от «земли» корпусом электроустановки.

3. Напряжение прикосновения в 3-фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью и заземленным корпусом электроустановки.

4. Зависимость напряжения прикосновения от расстояния между заземлителем и человеком, к которому оно приложено.

5. Зависимость напряжения прикосновения от величины защитного заземления.

6. Шаговое напряжение и причины его возникновения.

7. Зависимость шагового напряжения от токов растекания в «земле».

8. Действие шагового напряжения на человека. Защита человека от напряжения шага.

9. Виды токовой защиты электроустановок с напряжением до 1000 В.

10. Методы расчета токовой защиты электроустановок с напряжением до 1000 В.

Шаговое напряжение, электрическое напряжение шага — что это такое и почему оно опасно.

Шаговое напряжение (или ещё его называют напряжением шага) — это опасное напряжение, возникающее между двух точек цепи электрического тока, расстояние между этих двух точек равно длине шага. Шаговое напряжение в первую очередь зависит от удельного электрического сопротивления поверхности и силы тока, что протекает через него. Шаговое напряжение может возникать на местах защитных заземляющих устройств — зануление, заземления и др. Также на местах аварий, где токоведущие части касаются поверхности грунта.

Напряжение шага определяется расстоянием, длина которого напрямую зависит от непосредственной формы кривой напряжения, то есть от конкретного типа заземлителя, и меняется от определённого значения максимальной величины до нуля с изменением промежутка от электрического заземлителя. Предположим, что на грунте в точке «О» установлен один заземлитель (металлический электрод) и через него проходит электрический ток замыкания на землю. Около этого защитного заземлителя создается некоторая зона рассеивания электрического тока в почве. То есть, зона поверхности, за пределами которой потенциал, что обусловлен токами защитного заземления на грунт, может быть принят условно за ноль.

Основная причина подобного явления лежит в том, что объем грунта, через который течёт электрический ток замыкания на почву, по мере удаления от защитного электрического заземлителя увеличивается, при этом происходит рассеивание тока по грунту. На расстоянии 20 метров и более от защитного заземлителя объем грунта так увеличивается, что действительная плотность электрического тока становится довольно малой, а электрическое напряжение между точками поверхности грунта и точками более удаленными не проявляет себя ощутимо.

Если мы с Вами измерим электрическое напряжение между точками, которые располагаются на некотором расстоянии в любом векторном направлении от защитного заземлителя, а после построим наглядный график прямой зависимости этих электрических напряжений от имеющегося расстояния до защитного заземлителя, то в результате появиться потенциальная кривая. Если поделить линию на промежутки по 0.8 метров, что будет соответствовать расстоянию человеческого шага, то его ноги могут оказаться в непосредственных точках различного электрического потенциала. Чем ближе к защитному заземлителю, тем электрическое напряжение между данными точками на поверхности грунта будет больше.

Слишком опасное шаговое напряжение может появиться неподалёку упавшего на поверхность земли и находящегося под небезопасным для жизни электрическим напряжением провода. В таком случае категорически запрещается приближаться к электрическому проводу, который лежит на поверхности земли, на расстояние ближе 8-10 метров. Напряжение шага отсутствует, если человек стоит, либо вне зоны растекания тока, либо на линии равного потенциала.

Наиболее опасные значения напряжения шага будут при малом расстоянии от защитного заземлителя, в том случае, когда человек своей одной ногой касается заземлителя, а другой ногой стоит на расстоянии шага от него. Это объясняется тем, что электрические потенциал вокруг защитного заземлителя равномерно распределяется по определённым вогнутым кривым, и значит, максимальный перепад разности потенциалов оказывается в начале этой кривой. Минимальные значения шагового напряжения будут при бесконечно дальнем удалении от электрического защитного заземлителя, то есть за пределами территории растекания электрического тока, примерно дальше 20 метров от центра электрического заземлителя. На территории, где располагаются электроды группового защитного заземлителя, шаговое напряжение будет немного меньше, по сравнению с применением одиночного заземлителя.

В случае попадании под шаговое напряжение появляются судорожные непроизвольные сокращения мышц ног человека (или животного). В данный момент заканчивается воздействие шагового напряжения на человека и появляется другая, более тяжелая ситуация: образуется новый путь протекания электрического тока — от рук к ногам, что порождает смертельную угрозу для жизни. Если Вы вдруг попали в зону действия шагового напряжения, в первую очередь следует выйти из этой зоны маленькими шажками (гусиным шагом).

P.S. Хуже всего то, что данное явление нельзя обнаружить сразу, если заранее не знаешь. Просто нужно быть достаточно внимательным, когда проходишь возле высоковольтных линий электропередач. Любой оборванный провод, лежащий на земле, должен сразу же насторожить и повысить ваше внимание. Лучше не испытывать судьбу, и не подходить близко к такому месту. Шаговое напряжение невидимо, но оно способно в считанные секунды забрать вашу жизнь! Будьте внимательны и осторожны с электричеством. Это опасно!

Шаговое напряжение при одиночном заземлителе

Шаговое напряжение

Шаговым напряжением (напряжением шага) называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Шаговое напряжение зависит от удельного сопротивления грунта и силы протекающего через него тока.

В области защитных устройств от поражения током — заземления, зануления и др. — интерес представляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя.

Шаговое напряжение при одиночном заземлителе

Шаговое напряжение определяется отрезком, длина которого зависит от формы потенциальной кривой, т.е. от типа заземлителя, и изменяется от некоторого максимального значения до нуля с изменением расстояния от заземлителя.

Допустим, что в земле в точке О размещен один заземлитель (электрод) и через этот заземлитель проходит ток замыкания на землю. Вокруг заземлителя образуется зона растекания тока по земле, т. е. зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами заземления на землю, может быть условно принят равным нулю.

Причина этого явления заключается в том, что объем земли, через который проходит ток замыкания на землю, по мере удаления от заземлителя увеличивается, при этом происходит растекание тока в земле. На расстоянии 20 м и более от заземлителя объем земли настолько возрастает, что плотность тока становится весьма малой, напряжение между точками земли и точками еще более удаленными не обнаруживается сколько нибудь ощутимо.

Распределение напряжения на различных расстояниях от заземлителя: 1 — потенциальная кривая 2 — кривая характеризующая изменение шагового напряжения

Если измерить напряжение Uз между точками, находящимися на разных расстояниях в любом направлении от заземлителя, а затем построить график зависимости этих напряжений от расстояния до заземлителя, то получится потенциальная кривая ) Если разбить линию ОН на участки длиной 0,8 м, что соответствует длине шага человека, то ноги его могут оказаться в точках разного потенциала Чем ближе к заземлителю, тем напряжение между этими точками на земле будет больше (Uaб > Uбв; Uбв > Uвг)

Шаговое напряжение для точек В и Г определяется как разность потенциалов между этими точками

Uш = Uв - Uг = UзB

где B — коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой 1. Наибольшие значения напряжения шага и коэффициента B будут при наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек одной ногой стоит на заземлителе, а другая нога на расстоянии шага.

Кривая 2 характеризует изменение шагового напряжения.

Опасное шаговое напряжение может, например, возникнуть вблизи упавшего на землю и находящегося под напряжением провода. В этом случае запрещается приближаться к проводу, лежащему на земле, на расстояние ближе 8 - 10 м.

Шаговое напряжение отсутствует, если человек стоит или на линии равного потенциала или вне зоны растекания тока.

Максимальные значения шагового напряжения будут при наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек одной ногой стоит непосредственно на заземлителе, а другой — на расстоянии шага от него. Объясняется это тем, что потенциал вокруг заземлителей распределяется по вогнутым кривым и, следовательно, наибольший перепад оказывается, как правило, в начале кривой.

Наименьшие значения шагового напряжения будут при бесконечно большом удалении от заземлителя, а практически за пределами поля растекания тока, т.е. дальше 20 м.

Шаговое напряжение и напряжение прикосновения

При контакте токоведущих частей электроустановок с землёй происходит стекание электрического тока в землю. Проводник, находящийся в месте контакта, принято называть электродом. По мере удаления от места контакта величина потенциала заземляемого тока будет изменяться до значения

, где

Iз - сила тока стекающегося в землю,

Rз - сопротивление встреченное током на своём пути.

 

Характер распределения потенциалов на поверхности земли рассматривается при использовании в качестве электрода полушара или полусферы. Для упрощения принимают, что земля во всём объёме имеет r = const. В этом случае ток в землю будет растекаться равномерно во все стороны по радиусам полусферы. Величина потенциала на поверхности земли вокруг заземлителя изменяется по закону гиперболы, изменяясь от своего максимального значения до нуля при удалении от заземлителя.

, . ;

.

Шаговое напряжение- напряжение между двумя точками цепи тока (находящимися на расстоянии шага), на которых одновременно стоит человек. При расчёте длина шага - 0,8 м.

Шаговое напряжение зависит от

q места контактирования;

q длины шага;

q напряжения сети;

q направления движения человека относительно места контакта.

Если человек осознал прохождение тока через тело, ему необходимо сдвинуть ноги или стать на одну ногу, осмотреться, увидеть место контактирования и удалиться от него короткими шагами. Если человек упал, то ему запрещено вставать, он должен осмотреться, увидеть место контактирования и удалиться от него перекатами. Напряжение прикосновения- напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, . Iчел - сила тока проходящая через человека на пути “рука-нога”. Из рисунка видно, чем дальше электроустановка дальше от заземления электродвигателя, тем значение Uприк больше.  

Узнать еще:

Опасность - шаговое напряжение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Опасность - шаговое напряжение

Cтраница 1

Опасность шагового напряжения может быть представлена следующим примером.  [1]

Опасность шагового напряжения значительно меньше опасности напряжения прикосновения, так как ток не проходит через область сердца, как при прикосновении к заземленным предметам.  [3]

Для снижения опасности шаговых напряжений рекомендуется применять углубленные и рассредоточенные заземлители в виде колец и расходящихся лучей, а также размещать заземлители под асфальтовыми покрытиями.  [5]

Для снижения опасности шаговых напряжений рекомендуется применять углубленные и рассредоточенные заземлители в виде лучей и колец. При ширине зданий и сооружений более 100 м необходимо выполнять мероприятия по выравниванию потенциала внутри здания. При устройстве молниезащиты зданий и сооружений любой категории следует учитывать возможность экранирования их зонами защиты молниеотводов других близко расположенных зданий и сооружений.  [6]

В ряде случаев возникает опасность шаговых напряжений.  [8]

По мере удаления от заземлителя опасность шагового напряжения снижается и на расстоянии 20 м не представляет опасности.  [9]

При этом следует помнить об опасности шагового напряжения, если токоведущая часть ( провод и др.) лежит на земле. Поэтому после освобождения пострадавшего от токоведущих частей надо вынести его из этой зоны.  [11]

Другим видом опасности при явлении растекания тока в земле может быть опасность шагового напряжения.  [12]

Ограждены ли заземлители и токоотводы, установлены ли предупреждающие плакаты в местах, доступных обслуживающему персоналу. Предусмотрены ли для снижения опасности шаговых напряжений мероприятия: расположение заземлителей под поверхностью земли с асфальтовым покрытием; применение рассредоточенных заземлителей в виде колец и расходящихся лучей.  [13]

Помимо н & пряжения прикосновения, человек может подвергаться опасности шагового напряжения, так как электрический ток молнии, попадая в землю и растекаясь в ней, может проходить под ногами человека.  [14]

Занос высоких потенциалов - перенесение высоких электрических потенциалов в здания по внешним металлическим сооружениям и коммуникациям, а также по проводам воздушных линий ( электро -, радио -, телефонных) при прямых ударах молнии в них. Образующиеся искры от вторичного воздействия молнии могут быть причиной взрыва в помещениях с наличием взрывоопасных смесей. Для людей и животных, находящихся на расстоянии 5 - 10 м от места удара молнии в землю, воз -, никает опасность шагового напряжения. Шаговым напряжением называется напряжение, приходящееся на длину шага человека или животного, образуемое на поверхности грунта током молнии.  [15]

Страницы:      1    2

Заземление и соединение электрических систем Справка

Используйте поиск, чтобы быстро найти ответы на вопросы - откройте окно поиска (ctrl + f), затем введите ключевое слово из вопроса, чтобы перейти к этим терминам в материале курса

Цель.

Целью этого курса является ознакомление инженеров с проблемами заземления и соединения электрических систем, связанными с глухозаземленными системами под напряжением 600 В. Этот курс может служить введением в заземление и подключение для инженеров, не имеющих или почти не имеющих опыта профессионального проектирования электрических систем.В курсе также представлена ​​практическая, но не совсем известная информация по применению заземления и соединения, которая будет полезна даже самому опытному профессионалу в области проектирования электротехники.

Зачем тратить время на изучение заземления и подключения?

 Многие специалисты в области электротехники придерживаются популярного и ошибочного убеждения, что заземление металлического объекта (путем прямого подключения к земле)
поможет снять опасное напряжение, вызванное замыканием линии на землю. Заземление объекта не способствует снятию опасного напряжения или снижению напряжения прикосновения или шагового напряжения, которые являются причиной нескольких смертельных случаев каждый год.

 Неправильное заземление и подключение - частая причина несчастных случаев, связанных с электрическим током.

 Эффективное заземление играет важную роль в правильной работе чувствительного электронного оборудования.

 «Более 80% всех отказов электронных систем, которые связаны с аномалиями питания, на самом деле являются результатом ошибок электропроводки или заземления или вызваны другими нагрузками на предприятии заказчика». EPRI (Научно-исследовательский институт электроэнергетики)

 «Из всех проблем с питанием и заземлением, влияющих на электронное оборудование, почти 90% вызваны электропитанием и условиями заземления внутри объекта, в котором используется оборудование… Что еще более важно, почти 75% проблем Проблемы с качеством электроэнергии внутри объекта связаны с заземлением, что делает его единственным наиболее важным фактором с точки зрения оборудования, обеспечивающего надежную работу оборудования.”Уоррен Льюис, ECM Magazine

 Издание 2005 г. Национального электротехнического кодекса (NEC) включало полный пересмотр и переименование статьи 250 (ранее называвшейся« Заземление »), которая, по словам редакторов Справочника NEC «Одно из самых значительных изменений, произошедших в новейшей истории Кодекса».

Основа и ресурсы.

Следующие ресурсы служат в качестве первичной основы информации, представленной в этом курсе
, и на них будут ссылаться в материалах курса:

 Статья 250 Национального электрического кодекса (NEC) - издание 2005 г.

 Стандарт IEEE 1100-1999 рекомендуется Практика питания и заземления чувствительного электронного оборудования

 Стандарт IEEE 142-1982 Заземление промышленных и коммерческих систем питания

 Общие сведения о тестировании сопротивления заземления AEMC (рабочая тетрадь, издание 6.0)

Для многих инженеров, подрядчиков и техников Национальный электротехнический кодекс и его статья 250 (Заземление и соединение) являются единственной основой при проектировании и установке системы заземления.

Перед тем, как начать курс, жизненно важно, чтобы мы рассмотрели цель и ограничения Национального электрического кодекса (NEC) - чтобы понять, как следует применять NEC.

Статья 90.1 Национального электротехнического кодекса устанавливает его цель и намеренные ограничения:

90.1 Цель

(A) Практическая защита - Целью настоящего Кодекса является практическая защита людей и имущества от опасностей, возникающих в результате использования электричества.

(B) Соответствие - этот Кодекс содержит положения, которые считаются необходимыми для обеспечения безопасности. Их соблюдение и надлежащее техническое обслуживание приводят к установке, которая по существу не опасна, но не обязательно эффективна, удобна или адекватна для хорошего обслуживания или будущего расширения использования электричества.

(C) Намерение - Этот Кодекс не предназначен в качестве проектной спецификации или руководства по эксплуатации для неподготовленных людей!

Согласно NEC - Инженеры, проектирующие и определяющие заземление и подключение, не должны использовать Национальный электрический кодекс (NEC) в качестве поваренной книги.

NEC не заменяет понимание теории, лежащей в основе требований кодекса.

Чтобы понять заземление и соединение, важно знать значения слов, которые мы будем использовать. В статье 110 Национального электротехнического кодекса содержатся определения слов, которые мы будем использовать в этом курсе. Они перечислены в порядке важности, не обязательно в алфавитном порядке.

Приложение 1 Различные компоненты заземления и соединения.

Заземленный проводник. Система или провод цепи, который намеренно заземлен. Его также обычно называют нейтральным проводом в заземленной звездообразной системе.

Заземляющий провод. Проводник, используемый для соединения оборудования или заземленной цепи системы электропроводки с заземляющим электродом или электродами.

Заземляющий провод, оборудование. Проводник, используемый для подключения нетоковедущих металлических частей оборудования, кабельных каналов и других кожухов к заземленному проводнику системы, проводнику заземляющего электрода или к тому и другому на сервисном оборудовании или в источнике отдельно созданной системы.Статья 250.118 NEC описывает различные типы заземляющих проводов оборудования. Правильный выбор заземляющих проводов оборудования приведен в 250.122 и таблице 250.122.

Электрод заземления. Устройство, обеспечивающее электрическое соединение с землей.

Провод заземляющего электрода. Проводник, используемый для подключения заземляющего электрода (ов) к заземляющему проводу оборудования, к заземленному проводу или к обоим при обслуживании, в каждом здании или сооружении, где питание подается от фидера (ов) или ответвительной цепи (ов). , или в источнике отдельно производной системы.

Склеивание (скрепленное). Постоянное соединение металлических частей для образования электропроводящего пути, обеспечивающего непрерывность электрического тока и способность безопасно проводить любой ток, который может возникнуть.

Назначение соединения - установить эффективный путь для тока короткого замыкания, который, в свою очередь, облегчает работу устройства защиты от сверхтока. Это объясняется в статьях 250.4 (A) (3) и (4) и 250.4 (B) (3) и (4) Национального электротехнического кодекса. Конкретные требования к соединению содержатся в Части V Статьи 250 и в других разделах Кодекса, как указано в Статье 250 NEC.3.

Соединительная перемычка. Надежный проводник, обеспечивающий необходимую электрическую проводимость между металлическими частями, подлежащими электрическому соединению.

Заглушки концентрического и эксцентрического типа могут ухудшить электрическую проводимость между металлическими частями и фактически вызвать ненужный импеданс в цепи заземления. Установка перемычки (перемычек) - это один из часто используемых методов между металлическими дорожками качения и металлическими частями для обеспечения электропроводности. Связывающие перемычки можно найти в сервисном оборудовании [NEC 250.92 (B)], подключение более 250 В (NEC 250.97) и расширительные фитинги в металлических дорожках качения (NEC 250.98). На рис. 2 показана разница между выбивками концентрического и эксцентрического типов. На Таблице 2 также показан один из методов установки соединительных перемычек при этих типах заглушек.

Приложение 2 Соединительные перемычки устанавливаются вокруг концентрических или эксцентрических выбивных отверстий.

Клеящая перемычка, оборудование. Соединение между двумя или более частями заземляющего провода оборудования.

Соединительная перемычка, основная. Соединение между заземленным проводом цепи и заземляющим проводом оборудования при обслуживании.

На рисунке 3 показана основная перемычка, используемая для обеспечения соединения между заземленным служебным проводом и заземляющим проводом оборудования на рабочем месте. Связывающие перемычки могут быть расположены по всей электрической системе, но основная перемычка заземления находится только в служебных помещениях. Основные требования к перемычкам подключения приведены в NEC 250.28.

Приложение 3. Основная перемычка, устанавливаемая на сервисе, между заземленным проводником и заземляющим проводом оборудования.

Соединительная перемычка, System. Соединение между проводником заземленной цепи и проводом заземления оборудования в отдельно выделенной системе.

На рисунке 4. показана перемычка заземления системы, используемая для обеспечения соединения между заземленным проводником и заземляющим проводом (проводами) оборудования трансформатора, используемого как отдельно производная система.

Приложение 4. Перемычка заземления системы, устанавливаемая рядом с источником отдельно выделенной системы между заземленным проводником системы и заземляющим проводом (ами) оборудования.

Перемычки соединения системы расположены рядом с источником отдельно производной системы. В производной системе используется соединительная перемычка, если производная система содержит заземленный провод. Подобно основной перемычке заземления на сервисном оборудовании, перемычка заземления системы обеспечивает необходимое соединение между заземляющими проводниками оборудования и заземленным проводником системы, чтобы создать эффективный путь для тока замыкания на землю. Требования к перемычкам для подключения системы находятся в NEC 250.30 (А) (1).

Заземлен. Подключен к земле или к какому-либо проводящему телу, которое служит вместо земли.

Эффективно заземлено. Преднамеренно подключено к земле через заземление или соединения с достаточно низким сопротивлением и достаточной допустимой нагрузкой по току, чтобы предотвратить повышение напряжения, которое может привести к чрезмерной опасности для подключенного оборудования или людей.

Без заземления. Подключено к земле без установки резистора или устройства импеданса.

 Распространенное заблуждение состоит в том, что заземление и соединение - это одно и то же. Хотя они связаны, это не одно и то же. Цель этого курса - прояснить каждую тему.

 В Национальном электротехническом кодексе 2005 г. это признается и изменено название статьи 250 (которая раньше называлась «Заземление») на «Заземление и соединение», чтобы подчеркнуть, что заземление и соединение - это две отдельные концепции, но не исключающие друг друга, и фактически, напрямую связаны между собой требованиями статьи 250.

 Соединение - это соединение двух или более проводящих объектов друг с другом с помощью проводника, такого как провод.

 Заземление, также называемое «заземлением», представляет собой особую форму соединения, при которой один или несколько проводящих объектов соединяются с землей с помощью проводника, такого как провод или стержень.

 Правильное заземление объектов (проводников) в поле обычно включает как связи между объектами, так и особую связь с землей (землей).

Заземление для целей этого курса означает намеренное соединение с землей или другим проводящим телом относительно большой протяженности, которое служит вместо земли.Другое слово для обозначения заземления - «заземление». Если мы будем помнить об этом и использовать термин «заземление» всякий раз, когда мы используем термин «заземление», это поможет нам понять, что такое заземление (или заземление), а что нет.

Связывание - это соединение проводящих частей между собой с целью поддержания общего электрического потенциала и обеспечения электрического проводящего пути, который будет гарантировать электрическую непрерывность и способность безопасно проводить любой ток, который может возникнуть. IEEE Std. 1100–1999.

В соответствии со статьей 250.4 (A) Национального электротехнического кодекса, ниже приведены общие требования к заземлению и соединению заземленных систем. В системе с заземлением вторичные обмотки питающего трансформатора могут иметь конфигурацию «звезда» с заземленной общей ветвью или конфигурация «треугольник» с заземленным центральным отводом или заземленным углом.

Следующие общие требования определяют, какие заземления и соединения электрических систем необходимо выполнить. Для соответствия эксплуатационным требованиям этого раздела необходимо следовать предписывающим методам, содержащимся в Статье 250.

(1) Заземление электрической системы Заземленные электрические системы должны быть подключены к земле таким образом, чтобы ограничить напряжение, создаваемое молнией, скачками напряжения в сети или непреднамеренным контактом с линиями более высокого напряжения, и стабилизировать напряжение относительно земли во время нормальной работы. операция.

(2) Заземление электрического оборудования Нетоковедущие проводящие материалы, охватывающие электрические проводники или оборудование или составляющие часть такого оборудования, должны быть заземлены, чтобы ограничить напряжение относительно земли на этих материалах.

(3) Соединение электрического оборудования Нетоковедущие проводящие материалы, охватывающие электрические проводники или оборудование или составляющие часть такого оборудования, должны быть соединены вместе и с источником электропитания таким образом, чтобы установить эффективный ток замыкания на землю. дорожка.

(4) Соединение электропроводящих материалов и другого оборудования Электропроводящие материалы, которые могут оказаться под напряжением, должны быть
соединены вместе и с источником электропитания таким образом, чтобы создать эффективный путь тока замыкания на землю.

(5) Эффективный путь тока замыкания на землю Электрооборудование, проводка и другие электропроводящие материалы, которые могут оказаться под напряжением, должны быть установлены таким образом, чтобы создать постоянную цепь с низким сопротивлением, облегчающую работу устройства максимального тока или детектора заземления для системы с высокоомным заземлением. Он должен быть способен безопасно пропускать максимальный ток замыкания на землю, который может быть наложен на него из любой точки системы электропроводки, где может произойти замыкание на землю источника электропитания.Заземление не должно рассматриваться как эффективный путь тока замыкания на землю.

Давайте рассмотрим с предыдущей страницы общие требования, представленные в Национальном электротехническом кодексе для заземления и соединения, чтобы лучше понять, какие требования выполняются посредством заземления (заземления), а какие - посредством методов соединения.

 Требования (1) и (2) относятся к заземлению - они конкретно относятся к «заземлению».

 Требование (1) - заземление системы или преднамеренное соединение системного проводника в заземленной системе с землей.Заявленная цель этого намеренного подключения к земле - ограничить напряжение, создаваемое молнией, скачками напряжения в сети или непреднамеренным контактом с линиями более высокого напряжения, и это стабилизирует напряжение относительно земли во время нормальной работы.

 Требование (2) выполняется путем присоединения нетоковедущих металлических предметов к заземляющему проводу оборудования, который присоединен к проводнику заземляющего электрода на служебном входе и на стороне нагрузки каждой отдельно выведенной системы.

 Требования (3), (4) и (5) являются связующими. Путем соединения всех металлических предметов, которые могут оказаться под напряжением в случае неисправности (и обеспечения заземляющего проводника оборудования, соединенного с этими элементами и с источником), обеспечивается эффективный путь заземления, облегчающий работу устройств защиты от перегрузки по току. Проще говоря, путь тока короткого замыкания должен иметь достаточно низкое сопротивление, чтобы пропускать ток короткого замыкания достаточно высокой величины, чтобы вызвать срабатывание защитного устройства на входе.Связывание также помогает обеспечить безопасность персонала, так что кто-то, прикоснувшись к двум частям оборудования одновременно, не получит шока, став путем выравнивания, если они окажутся под разными потенциалами. По той же причине, по которой соединение защищает людей, оно защищает оборудование, уменьшая ток по проводам питания и данных между частями оборудования с разными потенциалами.

Важно понимать разницу между соединением и заземлением. Имейте в виду, что земля (грунт) является плохим проводником, и на нее нельзя полагаться как на часть пути возврата тока замыкания на землю - это путь, предназначенный для устранения замыкания.Причина, по которой никогда нельзя полагаться на землю / почву как часть обратного пути замыкания на землю, связана с ее высоким сопротивлением.

Сопротивление земли примерно в один миллиард раз больше, чем у меди (согласно стандарту IEEE 142, раздел 2.2.8), и обеспечивает возврат к источнику только нескольких ампер (1-10).

Стандарт 142 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике гласит: «Самая сложная система заземления, которую можно спроектировать, может оказаться неадекватной, если соединение системы с землей не является адекватным и имеет низкое сопротивление.Отсюда следует, что заземление является одной из наиболее важных частей всей системы заземления. Это также самая сложная часть для проектирования и получения ... Для небольших подстанций и промышленных предприятий в целом должно быть получено сопротивление менее 5 Ом, если это практически возможно ».

Однако с практической точки зрения на заземляющий электрод, независимо от его сопротивления, нельзя полагаться на устранение замыкания на землю. Если оборудование эффективно заземлено и соединено, то должен быть предусмотрен путь с низким сопротивлением (не через заземляющий электрод к земле и через землю обратно к источнику), чтобы облегчить работу устройств максимального тока в цепи.В то время как минимальное практическое сопротивление заземляющего электрода желательно и будет лучше ограничивать потенциал корпусов оборудования над землей, более важно обеспечить путь с низким импедансом для быстрого устранения повреждения в целях обеспечения безопасности. Чтобы получить наименьшее практическое сопротивление, цепь заземления оборудования должна быть подключена к заземленному проводу внутри вспомогательного оборудования.

Ни заземление (заземление), ни система заземляющих электродов не помогают устранять электрические неисправности. Именно соединение металлических предметов с заземляющим проводом оборудования обратно к источнику обеспечивает путь с достаточно низким импедансом, позволяющим срабатывать защитным устройствам от сверхтоков и устранять неисправности.Если путь замыкания на землю опирается на землю, то тока короткого замыкания (из-за высокого импеданса) будет недостаточно для срабатывания защитного устройства
.

Помните закон Ома, V = I x R? Рассмотрим следующий пример. Фазный провод на 120 В намеренно подключается непосредственно к земле (если оголенный провод под напряжением был подключен к заземляющему стержню в грязи), а заземляющий стержень имеет сопротивление 25 Ом к заземленному источнику питания (трансформатору). Этот сценарий даст чуть менее 5 Ампер (4.8А) тока замыкания на землю. Это преднамеренное соединение с землей не даст достаточного тока короткого замыкания для отключения даже автоматического выключателя на 20 А, поскольку автоматический выключатель на 20 А может непрерывно выдерживать 16 Ампер.

Такой же высокий импеданс земли, который ограничивает ток короткого замыкания до уровней, меньших, чем требуется для размыкания защитных устройств, создает опасные скачки напряжения или напряжения прикосновения вблизи заземляющего стержня, которые могут быть смертельными. Несколько человек умерли в последние годы именно из-за этого состояния, когда столбы уличного освещения были заземлены (заземлены) заземляющими стержнями, но не имели заземляющих проводов оборудования, которые могли бы служить эффективным путем обратного тока короткого замыкания к источнику питания.

Давайте исследуем факторы, которые влияют на сопротивление систем заземляющих электродов (давайте использовать стержни для обсуждения).

 Сопротивление электрода (разница всего в несколько миллиОм между различными обычно используемыми материалами и размерами - IEEE Std 142-1982). Сопротивление электрода зависит от материала стержня и площади поверхности стержня. Площадь поверхности стержня зависит от диаметра стержня.

 От стержня к поверхности почвы (незначительный фактор - обычно составляет лишь долю Ом - если стержень вбивается в уплотненный грунт и не является рыхлым - IEEE Std 142-1982). небольшая заметная разница в сопротивлении электрода (однако материал стержня играет роль в ожидаемом сроке службы стержня).

 Контактное сопротивление между стержнем и окружающей почвой. Если стержень вбивается в уплотненный грунт, тогда сопротивление между стержнем и окружающей почвой не является существенным фактором (это обсуждается более подробно в разделе, посвященном стержням с глубоким вбиванием).

 Сопротивление почвы, окружающей электрод (самый большой фактор). В правильно установленной системе заземляющих электродов сопротивление почвы является ключевым фактором, определяющим, каким будет сопротивление заземляющего электрода и на какую глубину необходимо ввести стержень, чтобы получить низкое сопротивление заземления.
Удельное сопротивление почвы зависит от глубины от поверхности, типа концентрации растворимых химических веществ (минералов и растворенных солей) в почве, содержания влаги и температуры почвы. Другими словами, удельное сопротивление определяется электролитом в почве. Сопротивление заземляющего стержня 5/8 ”для типичных типов грунта из IEEE 142-1982 представлено ниже:

Вот несколько удивительных фактов:

Согласно этой таблице IEEE 142-1992, 10-дюймовый заземляющий стержень приводится в действие в двух из четырех категорий типов грунтов в среднем не обеспечивали сопротивления 25 Ом или меньше! Это обычное дело во многих районах с песчаной почвой.

Присутствие поверхностных вод не обязательно указывает на низкое удельное сопротивление (IEEE Std 142-1982).

Недавний проект наглядно иллюстрирует истинность этого утверждения. Почва водомелиоративного сооружения всегда была влажной. Инженеры-электрики, исследующие проблемы с заземлением на месте, наивно полагали, что постоянное присутствие воды (из-за высокого уровня грунтовых вод) гарантирует низкое удельное сопротивление почвы и что отдельных стержней заземления или, возможно, параллельных стержней заземления будет достаточно для создания заземления с низким сопротивлением. (заземление).Однако все было наоборот. Дальнейшие исследования показали, что высокий уровень грунтовых вод был связан с подземным водным потоком. Буквально через это место протекала река, которая была частью гидрологии района. Почва была очень песчаной.

Со временем все растворимые минералы, которые существовали, были растворены и унесены медленно текущей водой, оставив песок и дистиллированную воду - оба отличные изоляторы!

Это открытие радикально изменило направленность исследования заземления площадки и соответствующих корректирующих действий, заставив инженеров задуматься о стратификации почвы.

Обычные методы заземления, которым в течение последних сорока лет обучали производителей заземления и тестирования заземления, основаны на предполагаемом однородном состоянии почвы. Традиционные методы породили практические правила, которые стали приняты многими инженерами
как стандартные практики. Одна из таких практик заключалась в том, что как удвоение глубины заземляющего стержня, так и установка двух параллельных заземляющих стержней были одинаково эффективными методами для снижения сопротивления стержня (ов) относительно земли.Эти практические правила предполагали, что почва однородна - что почва остается того же типа и сопротивления при погружении на большую глубину. На практике на многих территориях имеется слоистая почва, а не однородная почва.

Как ответственные инженеры, мы должны помнить, что практика использования параллельных заземляющих стержней, иногда соединенных по схеме треугольника, которая была разработана с использованием методов, предполагающих однородность почвенных условий, может не быть лучшей практикой для стратифицированных почвенных условий.

Мы рассмотрим это более подробно в следующем разделе.

Что может служить заземляющим электродом?

Помните: заземляющий электрод - это средство выполнения двух из пяти требований к заземлению и соединению, перечисленных в Национальном электротехническом кодексе.

(1) Заземление электрической системы Заземленные электрические системы должны быть подключены к земле таким образом, чтобы ограничивать напряжение, создаваемое молнией, скачками напряжения в сети или непреднамеренным контактом с линиями высокого напряжения, и стабилизировать напряжение относительно земли во время Нормальная операция.

(2) Заземление электрического оборудования Нетоковедущие проводящие материалы, охватывающие электрические проводники или оборудование или составляющие часть такого оборудования, должны быть заземлены, чтобы ограничить напряжение относительно земли на этих материалах.

В соответствии с Национальным электротехническим кодексом в качестве заземляющих электродов можно использовать следующие электроды, и если их более одного, их необходимо соединить вместе:

 Металлическая подземная водопроводная труба (NEC 250.52 (A) (1))

 Металлический каркас конструкции (NEC 250.52 (A) (2))

 Заземляющий электрод в бетонном корпусе (также известный как заземление UFER) (NEC 250,52 (A) (3))

 Кольцо заземления (NEC 250.52 (A) (4))

 Заземляющий стержень (NEC 250.52 (A) (5))

 Заземляющие пластины (NEC 250.52 (A) (6))

В Национальных электротехнических правилах указаны конкретные требования к установке для каждого типа электрода.

Два или более заземляющих электрода, которые эффективно соединены вместе, должны рассматриваться как единая система заземляющих электродов.

Давайте рассмотрим различные места, где требуется заземление (имеется в виду преднамеренное соединение или подключение к системе заземления). Национальный электротехнический кодекс требует следующего:

Служебный вход - Статья 250.24 (A) NEC требует, чтобы в системе электропроводки помещения, снабжаемой заземленной службой переменного тока, был провод заземляющего электрода, соединенный с заземленным служебным проводом (также называемый нейтралью). дирижер). Статья 250.24 (A) (1) требует, чтобы соединение выполнялось в любой доступной точке от конца нагрузки на линии ответвления или боковой линии обслуживания до терминала или шины, к которым подключен заземленный провод (нейтраль), на стороне обслуживания, включительно. отключающие средства.Это переводится в одно из трех мест, как показано ниже:

Отдельно производные системы - Обратитесь к разделу VI для обсуждения отдельно производного заземления системы.

Металлические водопроводные и другие металлические трубопроводы, которые могут оказаться под напряжением - 250.104 (A) и (B) требует, чтобы металлическая система водяных трубопроводов была соединена с системой заземления в любом из следующих мест: кожух вспомогательного оборудования, заземленный провод на обслуживание, провод заземляющего электрода или заземляющие электроды.В то время как металлические водопроводные трубы должны быть заземлены, другие системы металлических трубопроводов должны быть соединены с землей (заземлены) только в том случае, если существует вероятность того, что они будут под напряжением - то есть там, где в оборудовании имеются механические трубопроводы и электрические соединения (например, газовые приборы). .

Конструкционный металл - 250.104 (C) требует наличия открытого конструкционного металла, который соединен между собой для образования металлического каркаса здания и не заземлен намеренно и может оказаться под напряжением, должен быть соединен с землей либо в корпусе сервисного оборудования, либо в заземленном проводе в сервисе , провод заземляющего электрода или к заземляющим электродам.

Если система переменного тока подключена к заземляющему электроду в здании или сооружении или на них, тот же электрод должен использоваться для заземления корпусов проводников и оборудования внутри или на этом здании или сооружении. Если отдельные службы, фидеры или ответвления питают здание и должны быть подключены к заземляющему электроду (ам), следует использовать тот же заземляющий электрод (а). Это необходимо для того, чтобы все металлические объекты в конструкции имели одинаковый потенциал земли.

Какое сопротивление земли требуется? Разрешается?

Если вас спросят: «Сколько Ом сопротивления земли требуется Национальным электрическим кодексам (NEC) для заземления системы?» Что бы вы сказали? А) 25 Ом? Б) 10 Ом? В) 100 Ом? Или D) Вы бы сказали, что NEC не устанавливает минимальных требований?

Если бы вы ответили D), вы были бы правы! Как бы трудно в это поверить, но в Национальном электротехническом кодексе не указано минимальное сопротивление заземления для заземления системы.

Давайте посмотрим на статью 250-56 NEC

250.56 Сопротивление стержневых, трубных и пластинчатых электродов:

 Отдельный электрод, состоящий из стержня, трубы или пластины, не имеющий сопротивления заземления 25 Ом или менее, должен может быть дополнен одним дополнительным электродом любого из типов, указанных в пунктах от 250,52 (A) (2) до (A) (7). Если в соответствии с требованиями данного раздела установлено несколько стержневых, трубных или пластинчатых электродов, они должны находиться на расстоянии не менее 1,8 м (6 футов) друг от друга.

 FPN: Эффективность параллельного включения стержней длиннее 2.5 м (8 футов) увеличивается за счет расстояния более 1,8 м (6 футов).

Обратите внимание, что NEC говорит, где «Один электрод…». Также обратите внимание, что это не требует повторных испытаний и установки дополнительных стержней или стержней дополнительной длины до тех пор, пока не будет достигнуто сопротивление 25 Ом или меньше. Эта статья NEC позволяет подрядчику запускать две штанги, разнесенные на 6 футов друг от друга, не проводить наземных испытаний и прекращать работу!

Многие районы имеют слоистую (то есть слоистую) песчаную почву. Наиболее чистый песок - это кварц, диоксид кремния (SiO2).Диоксид кремния - это высококачественный электрический изолятор, который обычно используется в качестве барьерного материала при имплантации примесей или диффузии, для электрической изоляции полупроводниковых устройств, в качестве компонента металлооксидных полупроводниковых (MOS) транзисторов или в качестве межслойного диэлектрика при многоуровневой металлизации. такие структуры, как многокристальные модули
. Песок - хороший изолятор; это НЕ хороший заземляющий материал.

Чтобы выйти из слоистых песчаных почв, необходимо продвинуть заземляющие стержни глубже через слой песка (каким бы глубоким он ни был) в более проводящую почву.

Размещение нескольких параллельных стержней в песчаной почве не имеет большого значения, если требуется соединение с землей с низким сопротивлением - вы должны пройти под слоем песка.

Национальный электротехнический кодекс содержит две таблицы, в которых указаны размеры заземления и соединения.

 Таблица 250.66 Заземляющий провод для систем переменного тока

 Таблица 250.122 Минимальный размер заземляющих проводов оборудования для заземляющих каналов и оборудования.

Таблица 250.66 Провод заземляющего электрода для систем переменного тока

Примечания:
1.Если используются несколько наборов служебных вводных проводников, как это разрешено в 230.40, исключение № 2, эквивалентный размер самого большого служебного вводного проводника должен определяться по наибольшей сумме площадей соответствующих проводников каждого набора.
2. Если нет проводов для входа в сервисный центр, размер проводника заземляющего электрода должен определяться эквивалентным размером самого большого входного проводника, необходимого для обслуживаемой нагрузки.

Таблица 250.122 Минимальный размер заземляющих проводов оборудования для заземляющих каналов и оборудования

Примечание:
Если необходимо, чтобы соответствовать требованиям 250.4 (A) (5) или (B) (4), заземляющий провод оборудования должен иметь сечение больше, чем указано в этой таблице.
* См. Ограничения на установку в 250.120.

Источником этих таблиц был отчет комитета IEEE «Руководство по безопасности при заземлении подстанций переменного тока». В отчете комитета обсуждалась обоснованность размеров заземляющих проводов, указанных в таблицах, исходя из типичной длины проводника 100 футов и падения напряжения на проводнике на основе этой длины 100 футов. [Руководство к Национальному электротехническому кодексу - Грегори Биералс - Институт проектирования электрооборудования].Для длин более 100 футов «минимальный размер», указанный в таблице, может оказаться недостаточным для устранения неисправности или проведения тока повреждения, которому она подвержена.

С практической точки зрения, проводники заземляющих электродов редко проектируются так, чтобы их длина превышала 100 футов, и на Таблицу 250.66 можно положиться почти без исключения.

Заземляющие проводники оборудования, с другой стороны, часто длиннее 100 футов, то есть всегда, когда длина ответвленной цепи или фидера заземляющего проводника оборудования, с которым они установлены, превышает 100 футов.В этих ситуациях минимальный провод заземления оборудования, указанный в таблице 250.122, не будет достаточным для пропускания и / или снятия ожидаемых токов повреждения.

Опытные инженеры-электротехники и специалисты по проектированию знакомы с необходимостью увеличения размеров проводников для длинных ответвлений цепи и проводов фидера для решения и уменьшения проблем, связанных с падением напряжения. В статье 250.122 (B) указывается, что заземляющий провод оборудования также должен быть увеличен.

250.122 (B) Увеличенный размер - Если размер незаземленных проводов увеличен, заземляющие проводники оборудования, если они установлены, должны быть увеличены в размере пропорционально круговой миловой площади незаземленных проводов.

Заземляющие провода оборудования на стороне нагрузки средств отключения обслуживания и устройств максимального тока подбираются в зависимости от размера устройств максимального тока фидера или ответвленной цепи перед ними.

Если незаземленные проводники цепи (токоведущие, линейные) увеличены в размере для компенсации падения напряжения или по любой другой причине, связанной с правильной работой схемы, заземляющие проводники оборудования должны быть пропорционально увеличены.

Пример:

Однофазная 250-амперная нагрузка на 240 вольт питается от 300-амперного выключателя, расположенного в щитке на расстоянии 500 футов.«Нормальная» цепь (без увеличения размера для ограничения падения напряжения) будет состоять из медных проводников на 250 тыс. Куб. М с медным заземляющим проводом оборудования 4 AWG. Если количество проводников было увеличено до 350 тыс. Куб. М из соображений падения напряжения, каков минимальный размер заземляющего проводника оборудования с учетом требования пропорционального увеличения?

Решение

ШАГ 1.

Рассчитайте соотношение размеров проводов увеличенного диаметра и проводов нормального сечения:

ШАГ 2.

Рассчитайте площадь поперечного сечения заземляющего проводника оборудования увеличенного размера, умножив размерное соотношение на площадь поперечного сечения заземляющего проводника оборудования стандартного размера, взятого из Таблицы 250.122 для защитного устройства на 250 А (необходимо использовать следующий больший или 300 А). В таблице 250.122 указано, что подходит медный провод номер 4 AWG. В соответствии с таблицей 8 главы 9 Национального электротехнического кодекса - Свойства проводника
(см. Стр. 21) заземляющий провод 4 AWG имеет поперечное сечение 41 740 круглых мил.

Соотношение размеров x круговых милов заземляющего проводника

1,4 x 41,740 круглых милов = 58 436 круглых милов

ШАГ 3.

Определите сечение заземляющего проводника нового оборудования.

Опять же, обращаясь к таблице 8 главы 9, мы обнаруживаем, что 58 436 круговых милов больше 3 AWG. Следующий больший размер - 66 360 круглых милов, который преобразуется в медный заземляющий провод для оборудования 2 AWG.

Для данного сценария нормальный заземляющий провод оборудования, указанный в Таблице 250.122 для цепи на 250 А будет медным заземляющим проводом № 4 AWG. В этом случае заземляющий провод оборудования необходимо увеличить до медного заземляющего проводника № 2 AWG, чтобы соответствовать требованиям статьи 250.122 (B) NEC. Целью этого требования по увеличению размера является обеспечение проводника, имеющего соответствующий размер, чтобы выдерживать и устранять ожидаемые токи короткого замыкания.

NEC Ch. 9 Таблица 8

Согласно требованиям Национального электрического кодекса (NEC), нейтраль и заземляющий провод оборудования должны быть подключены к главной сервисной панели и вторичной стороне отдельно выделенной системы (подробнее об этом ниже).NEC разрешает использовать только одно соединение нейтрали с землей в каждой отдельно производной системе. Неправильное дополнительное соединение нейтрали с землей - довольно распространенная проблема, которая не только создает опасность поражения электрическим током для обслуживающего персонала, но также может ухудшить характеристики электронного оборудования. Неправильное соединение нейтрали и заземления в розетках можно обнаружить с помощью тестера проводки и заземления, предназначенного для этой цели.

Вольтметр также можно использовать для определения наличия неправильных соединений в розетках.Измерение напряжения между нейтралью и землей на розетках может указывать на напряжение в диапазоне от милливольта до нескольких вольт при нормальных рабочих условиях и в зависимости от нагрузки, длины цепи и т. Д. Однако показание 0 В может указывать на наличие ближайшей нейтрали. - земляная связь. Чрезмерный ток заземления оборудования в распределительных щитах также указывает на возможность заземления нейтрали на стороне нагрузки. Визуальный осмотр нейтральной шины внутри щитков необходим, чтобы проверить расположение этих дополнительных и неправильных соединений.

Когда в отдельно созданной системе существует более одной связи нейтраль-земля, это приводит к намеренному соединению (или соединению) проводов нейтрали и заземления в двух местах. Это создает параллельное соединение, в котором ток нейтрали делится на часть, возвращающуюся на нейтраль, а остальная часть возвращается к источнику через путь заземления оборудования в соответствии с законом Ома (ток будет делиться пропорционально, чтобы пройти путь наименьшего сопротивления с напряжением падение по каждой параллельной траектории одинаково).На рисунке ниже представлены два варианта предотвращения протекания нежелательного тока в системе заземления (и соединения).

Отдельно производные системы - это системы, которые не имеют прямого соединения между выходными проводниками питания и входными проводниками питания. Это трансформаторы без прямого соединения между нейтралью первичной системы и вторичной нейтралью, только системы ИБП, которые включают в себя изолирующие трансформаторы, таким образом получая новый нейтральный системный проводник (примечание - все системы ИБП не являются отдельно производными системами), и комплекты двигателей-генераторов, которые подключаются. к системе электропроводки здания через 4-полюсный автоматический переключатель являются отдельно производными системами, поскольку они имеют отдельную нейтраль, которая не имеет прямого соединения с нейтралью электросети (из-за 4-го полюса безобрывного переключателя).Двигатель - генераторные установки, использующие 3-полюсные системы переключения, имеют прямое соединение с нейтралью энергосистемы общего пользования, не являются отдельно производными системами и не могут иметь заземления нейтрали на двигателе-генераторной установке. [IEEE Std 1100-1999]

Есть много дискуссий об отдельных или специальных основаниях, связанных с чувствительным электронным оборудованием. Статья 250.96 (B) Национального электротехнического кодекса разрешает изолировать электронное оборудование от кабельного канала таким же образом, как шнур и подключенное к вилке оборудование изолируются от кабельного канала.

250,96 (B) Изолированные цепи заземления. Если требуется для снижения электрического шума (электромагнитных помех) в цепи заземления, корпус оборудования, питаемый от ответвленной цепи, должен быть разрешен для изоляции от кабельного канала, содержащего цепи, питающие только это оборудование, с помощью одного или нескольких перечисленных неметаллических фитингов кабельного канала, расположенных в точку крепления кабельного канала к корпусу оборудования. Металлический кабельный канал должен соответствовать положениям настоящей статьи и должен быть дополнен внутренним изолированным заземляющим проводом оборудования, установленным в соответствии с 250.146 (D), чтобы заземлить корпус оборудования.

FPN (ПРИМ. ОБРАБОТКА ПЕЧАТИ): Использование изолированного заземляющего провода оборудования не отменяет требования по заземлению системы кабельных каналов.

Ключом к этому методу заземления электронного оборудования является постоянное обеспечение того, чтобы изолированный заземляющий провод, независимо от того, где он заканчивается в системе распределения, был подключен таким образом, чтобы создать эффективный путь для тока замыкания на землю (через соединение), как требуется NEC 250.4 (А) (5).

Хотя использование изолированных заземляющих проводов оборудования может быть полезно для уменьшения электромагнитных помех, очень важно, чтобы требование изолированного заземления НЕ приводило к изолированному, изолированному или иным образом не подключенному к заземлению заземлению системы электродов здания. Такой изолированный стержень заземления (соединение с землей) нарушит NEC 250.50.

250,50 Система заземляющих электродов Все заземляющие электроды, как описано в пунктах 250.52 (A) (1) - (A) (6), которые имеются в каждом обслуживаемом здании или сооружении, должны быть соединены вместе, чтобы сформировать систему заземляющих электродов.

Причина, по которой изолированный заземляющий стержень (то есть тот, который не соединен с другими заземленными или заземленными электродами) запрещен, и что NEC требует, чтобы отдельные заземляющие электроды были соединены вместе, заключается в уменьшении разницы потенциалов между ними из-за молния или случайный контакт с линиями электропередач. Системы молниезащиты, связи, радио и телевидения, а также заземления систем кабельного телевидения ВСЕ должны быть соединены вместе, чтобы минимизировать потенциальные различия между системами.Отсутствие соединения (или соединения) всех компонентов заземления может привести к серьезному поражению электрическим током и пожару.

Например, для установки кабельного телевидения, показанной на Рисунке 250.39, предположим, что ток индуцируется в линии электропередачи импульсным перенапряжением или ближайшим ударом молнии, так что мгновенный ток силой 1000 ампер возникает по линии электропередачи к источнику питания. линия земли. Такая сила тока не является чем-то необычным при таких обстоятельствах - она ​​может быть и часто бывает значительно выше.Также предположим, что сопротивление заземления питания составляет 10 Ом, что в большинстве случаев является очень низким значением (один стержень заземления в среднем грунте имеет сопротивление относительно земли около 40 Ом).

Приложение 250.39 Установка кабельного телевидения, не соответствующая Кодексу, демонстрирующая, почему необходимо соединение между различными системами. Согласно закону Ома, ток через оборудование, подключенное к электрической системе, будет на мгновение увеличиваться до потенциала 10 000 вольт (1000 вольт). амперы × 10 Ом).Этот потенциал в 10000 вольт будет существовать между системой CATV и электрической системой
, а также между заземленным проводником в кабеле CATV и заземленными поверхностями в стенах дома, такими как водопроводные трубы (которые подключены к заземлению). по которому проходит кабель. Этот потенциал также может появиться у человека, держащего одной рукой кабель кабельного телевидения, а другой рукой - металлическую поверхность, подключенную к заземлению (например, радиатор или холодильник).

Фактическое напряжение, вероятно, будет во много раз больше рассчитанного 10 000 вольт, поскольку для сопротивления заземления и тока были приняты чрезвычайно низкие (ниже нормального) значения.Однако большинство систем изоляции не рассчитано выдерживать даже 10 000 вольт. Даже если система изоляции выдержит скачок напряжения в 10 000 вольт, она может быть повреждена, и выход из строя системы изоляции приведет к искрообразованию.

Такая же ситуация могла бы существовать, если бы скачок тока был на кабеле CATV или телефонной линии. Единственная разница будет заключаться в напряжении, которое будет зависеть от индивидуального сопротивления заземляющих электродов относительно земли.

Решение состоит в том, чтобы соединить две системы заземляющих электродов вместе или соединить оболочку кабеля CATV с заземлением питания, что в точности и требуется Кодексом.Когда одна система поднимается выше потенциала земли, вторая система достигает того же потенциала, и между двумя системами заземления отсутствует напряжение.

Exhibit 250.40 Установка кабельного телевидения, соответствующая требованиям 250.94.

Ниже приведены примеры реальных случаев, когда отдельные заземления или предметы, которые должны быть заземлены (заземлены), были изолированы друг от друга (не соединены вместе):

 Женщина заметила «покалывание» электричеством, когда принимала душ. Расследование показало, что между сливом для душа и ручками для душа присутствовало электрическое напряжение.Тот факт, что женщина была босиком с мокрыми руками (а люди часто бывают в душе!), Способствовал тому, что она чувствовала разницу в напряжении. Причиной проблемы были паразитные напряжения, создаваемые воздушной распределительной линией. Разница в напряжении была между колодцем и септической системой. Решением было скрепить дренажную и водопроводную трубы вместе.

 Владелец бизнеса жаловался на постоянные сбои компьютерного модема и компьютера. Коммунальная компания обнаружила, что сбои произошли по совпадению с перебоями в электроснабжении (замыканием на землю) на одном из основных фидеров, обслуживающих объект.Проведенное расследование показало, что телефонная, водопроводная и силовая площадки были электрически изолированы (не соединены друг с другом). Правильное соединение (соединение) систем устранило дальнейшие проблемы с этим клиентом.

[Примеры приведены из статьи «Заземление энергосистем: практическая точка зрения», номер статьи PCIC-2002-xx Джон П. Нельсон, член IEEE]

Термин «заземление Ufer» назван в честь консультанта, работающего в США Армия во время Второй мировой войны. Техника Mr.Придуманный Уфер был необходим, потому что на участке, нуждающемся в заземлении, не было грунтовых вод и мало осадков. Пустыня представляла собой серию хранилищ бомб в районе Флагстаффа, штат Аризона.

Принцип Уфер-земли прост. Его очень эффективно и недорого устанавливать при новом строительстве. Земля Уфер использует агораскопические свойства бетона. Бетон быстро впитывает влагу и очень медленно теряет влагу. Минеральные свойства бетона (известь и другие) и присущий им pH означает, что бетон имеет запас ионов для проведения тока.Почва вокруг бетона становится «легированной» бетоном. В результате pH почвы повышается и понижается, что обычно составляет 1000 Ом · метр в почвенных условиях (трудно получить хорошую почву). Присутствующая влага (бетон очень медленно отдает влагу) в сочетании с «легированной» почвой являются хорошим проводником для электрической энергии или тока молнии.

Эффект почти такой же, как и при химической обработке почвы вокруг электрода. Авторы статьи IEEE 1969 года пришли к выводу о следующих обширных испытаниях такой электродной системы: «.. . Сети из арматурных стержней… бетонных оснований обеспечивают приемлемо низкое сопротивление заземления, с возможностью защиты от коротких замыканий и импульсных токов, подходящих для всех типов заземления конструкций и цепей. . . . Не последним преимуществом системы арматуры является ее доступность и низкая стоимость ». [Fagan & Lee, «Использование бетонных арматурных стержней в качестве заземляющих электродов», Конференция по нефтяной и химической промышленности 1969 г.]

Методы Ufer используются при строительстве нижних колонтитулов, бетонных полов, радио- и телебашен, анкеров для опорных тросов, освещения столбы и др.Медная проволока не работает как «уферское» заземление из-за pH-фактора бетона (обычно + 7pH). Использование стальной арматуры в качестве «уферского» грунта работает хорошо, и бетон не трескается и не отслаивается, как это было с медью. Использование медной проволоки, привязанной к стержням арматуры, находящимся вне бетона, не вызывает ни одной из этих проблем.

Минимальный размер арматуры, необходимый для предотвращения проблем с бетоном, зависит от:

1. Тип бетона, его содержание, плотность, удельное сопротивление, коэффициент pH и т. Д.

2. Площадь поверхности бетона, контактирующей с почвой.

3. Удельное сопротивление почвы и содержание грунтовых вод.

4. Размер и длина арматурного стержня, проволоки или пластины.

5. Величина тока удара молнии.

На следующей диаграмме показана проводимость тока молнии на фут арматурного стержня (арматурного стержня). Учитывается только внешний арматурный стержень. Арматурный стержень в центре нижнего колонтитула или фундамента не учитывается в этом расчете. В нижнем колонтитуле траншеи можно учитывать только арматуру по бокам и внизу нижнего колонтитула.

Г-н Уфер не знал, что он нашел, пока не экспериментировал с проволокой различной длины в бетоне. Сегодняшний информированный инженер извлекает выгоду из открытия г-на Уфера и привяжет стержни стальной арматуры в здании или другом фундаменте к электрическому заземлению здания. При соединении с электрическим заземлением, строительной сталью и т. Д. Армированный пол и фундамент здания становятся частью системы заземления здания. Результатом является значительно улучшенная система заземления с очень низким общим сопротивлением относительно земли.

Если бы одного заземления Ufer было достаточно, производители заземляющих стержней прекратили бы свою деятельность. Но одной только земли Уфер этого недостаточно. Немногие здания, даже те, которые строятся сегодня, построены с учетом преимуществ земли Уфер. Часто можно увидеть использование «заземления Ufer» на военных объектах, в компьютерных залах и других сооружениях с очень специфическими характеристиками заземления. Это не распространено на большинстве промышленных предприятий, офисных зданий и жилых домов. Сегодня более распространенным является заземление в соответствии с минимальными национальными и местными электротехническими нормами.Это будет включать в себя один или несколько приводных заземляющих стержней, подключенных (соединенных) к нейтральному проводу электрического служебного входа.

В 2005 году NEC был пересмотрен, чтобы четко требовать включения UFER или электрода в бетонном корпусе (теперь 250,52 (A) (3)) в систему заземляющих электродов для зданий или сооружений, имеющих бетонное основание или фундамент без площадь поверхности менее 20 футов в непосредственном контакте с землей. Это требование применяется ко всем зданиям и сооружениям с фундаментом и / или опорой, имеющей 20 футов или более или более 1/2 дюйма.или армирующая сталь с большей электропроводностью, или 20 футов или более из чистой меди не менее 4 AWG.

Заземляющие стержни бывают разных видов, но чаще всего в заземлении электрических сетей используются заземляющие стержни из оцинкованной стали. Пожалуйста, помните, лучший день для заземляющего стержня (удельное сопротивление) - это день его установки. Коррозия, остекление и т. Д. - все это факторы, снижающие эффективность заземляющих стержней.

Заземляющие стержни обычно делятся на один из следующих размеров; 1/2 дюйма, 5/8 дюйма, 3/4 дюйма и 1 дюйм.Они бывают из стали с покрытием из нержавеющей, оцинкованной или медной стали и могут быть из твердой нержавеющей стали или из мягкой (без плакировки) стали. Их можно приобрести в безрезьбовых или резьбовых частях различной длины. Наиболее распространенная длина - 8 футов и 10 футов. Некоторые из них будут иметь заостренный конец, другие будут иметь резьбу и могут быть соединены вместе для образования более длинных стержней при движении.

Эффективность заземляющего стержня диаметром 1 дюйм над стержнем заземления 1/2 дюйма минимальна при снятии показаний сопротивления. Штанги большего размера выбираются для более сложных почвенных условий.Глиняные или каменистые условия часто требуют использования силовых приводов, похожих на ударные, используемые механиками при работе с вашим автомобилем. Обычно они бывают электрическими или пневматическими. Силовые приводы при использовании с тяжелыми заземляющими стержнями диаметром 1 дюйм будут работать на большинстве почв.

Пруток с медным покрытием диаметром 1 дюйм по сравнению с прутком с медным покрытием 1/2 дюйма в тех же почвенных условиях дает улучшение производительности примерно на 23%. Площадь поверхности стержня 1/2 дюйма составляет 1,57 по сравнению с площадью поверхности стержня 1 дюйм при 3,14 (3,14 x.5 = 1,57 и 3,14 х 1 = 3,14). Таким образом, удвоение площади поверхности дает улучшение производительности только на 23%.

Покрытие заземляющих стержней предназначено для защиты стали от ржавчины. Большинство думает, что оболочка (медь на стальном стержне) предназначена для увеличения проводимости стержня. Это действительно способствует проводимости, но основная цель покрытия - предохранить стержень от ржавчины.

Не все плакированные заземляющие стержни одинаковы, и важно, чтобы плакированные стержни имели достаточно толстую оболочку.Высококачественные промышленные заземляющие стержни из стали, плакированной медью, могут стоить немного дороже, но они оправдывают небольшие дополнительные затраты.

Когда заземляющий стержень вбивается в каменистую почву, он может поцарапать покрытие, и стержень заржавеет. В сухом виде ржавчина не проводит электричество, это хороший изолятор. Когда он влажный, он все еще не такой проводящий, как медь на стержне. Можно проверить pH почвы, и это должно определить тип используемого стержня. В почвенных условиях с высоким pH следует использовать только высококачественные плакированные стержни.Если почва очень кислая, лучше всего подойдут нержавеющие стержни. Один из самых популярных стержней заземления - стержень заземления из оцинкованной (горячеоцинкованной) стали.

Этот стержень используется с медными и алюминиевыми проводниками для формирования заземления служебного входа в большинстве зданий и жилых домов. Это плохой выбор для определения удельного сопротивления грунта с течением времени. Стыки между заземляющим стержнем и проводом выполняются выше или ниже поверхности земли и в большинстве случаев подвержены постоянной влажности. В лучших условиях соединение двух разнородных материалов со временем приведет к коррозии и увеличению сопротивления.

При соединении разнородных материалов происходит электролиз. Если алюминий используется с медью, которая не покрыта оловом, алюминий будет разъедать медь, оставляя меньшую площадь поверхности для контакта, и соединение может ослабнуть и даже вызвать искрение. Любой резкий удар или удар могут привести к разрыву соединения. При установке в грунт не рекомендуется использовать луженую проволоку. Олово, свинец, цинк и алюминий более анодны, чем медь, и они пожертвуют (исчезнут) в почве.При подключении над поверхностью почвы в распределительном щите допускается использование луженой проволоки.

Имейте в виду, что статья 250.64 Национального электротехнического кодекса указывает, что алюминиевые заземляющие проводники с алюминиевым или медным покрытием не должны контактировать с почвой или бетоном и должны иметь концевые заделки не менее чем на 18 дюймов выше готовой конструкции при использовании на открытом воздухе.

Другой способ лечения коррозии стыков - это использование герметика для швов для предотвращения образования мостиков влаги между металлами.Наиболее популярные соединения - частицы меди или графита, погруженные в консистентную смазку. Использование аналогичного материала - лучшее решение, поскольку даже стыковые смеси могут потерять свою эффективность, если их не поддерживать в надлежащем состоянии, но их использование предпочтительнее, чем сухое соединение. Соединения работают путем погружения частиц в металлы, чтобы сформировать чистый стык с низким сопротивлением, лишенным воздуха, когда они находятся под давлением. Это давление обеспечивается за счет затягивания зажима на проводе и стержне.

Проблема разнородных материалов не встречается в стальных стержнях, плакированных медью.Из всех вариантов по разумной цене лучшим выбором будет стальной пруток, плакированный медью с медным проводником. Если бы деньги не были предметом, золотой проводник и заземляющий стержень были бы идеальными, но вряд ли экономически практичными.

Ведомый стержень намного лучше по сравнению со стержнем с обратным наполнением. Плотность ненарушенного грунта намного выше, чем даже уплотненного грунта. Связь грунта со стержнем - ключ к производительности удилища.

Одним из интересных аспектов проводников заземляющих электродов является их необходимость в физической защите.Если для защиты проводника заземляющего электрода используется стальной кабелепровод или рукав, то на каждом конце рукава должны быть предусмотрены некоторые средства, чтобы сделать его непрерывным электрически с проводником. Этого можно добиться, установив перемычку на каждом конце гильзы и подключив ее к гильзе, оборудованию и заземляющему электроду на каждом конце. Причина, по которой этот метод важен, заключается в том, что при тяжелых условиях повреждения стальная трубная муфта создает дроссельный эффект (индуктивность муфты создает магнитное поле, которое препятствует изменениям тока), а полное сопротивление системы заземления резко возрастает.Из-за этого - по возможности лучше использовать неметаллическое покрытие соответствующего номинала (таблица 80, где возможны повреждения) для обеспечения физической защиты.

Установить заземляющие стержни несложно, но необходимо соблюдать соответствующие процедуры, а полученные стержни должны быть проверены на работоспособность.

Установка заземляющих стержней глубиной более 10 футов представляет несколько проблем. Должны использоваться секционные стержни (обычно длиной 10-12 футов) и соединяться вместе для достижения желаемой глубины.Муфта имеет больший диаметр, чем стержень, и поэтому образует отверстие больше, чем сам стержень. Это создает пустоту муфты, ограничивающую контакт почвы с поверхностью штанги дополнительных секций. Только первая секция будет поддерживать полный контакт стержня с почвой.

Ручное забивание штанг с помощью кувалд, трубных инструментов и других средств не может обеспечить достаточное усилие для проникновения в твердые почвы. Для стержней с глубоким забиванием необходимы механические или механические приводы.

Материал штанги и конструкция муфты должны выдерживать силу, необходимую для прохождения через твердый грунт.

Из-за чрезмерных усилий, необходимых для привода более длинных штанг, муфты винтового типа механически выходят из строя. Резьба обрывается, что приводит к плохому контакту стержня со стержнем. Коническая шлицевая / компрессионная муфта зарекомендовала себя как самая надежная муфта.

Чтобы поддерживать полный контакт стержня с почвой, суспензионная смесь бентонита натрия (встречающейся в природе глины) может быть введена в полость муфты при установке стержней. Это обеспечивает токопроводящий материал между поверхностью стержня и почвой по глубине стержня.Для обычного 60-футового заземляющего стержня требуется от 2 до 5 галлонов бентонита.

Недостатком более длинных и глубоких штанг является то, что соединенные штанги могут изгибаться при столкновении с более плотной почвой. В одном из проектов подрядчику требовалось соединить и установить заземляющий стержень длиной 100 футов для достижения сопротивления 5 Ом в слоистых песчаных почвах. Когда подрядчик соединил и проехал пятую 10-дюймовую штангу, было замечено, что «заостренный конец» заземляющей штанги проходил под автомобилем на ближайшей стоянке.[Глубокое заземление по сравнению с заземлением на мелководье, Computer Power Corporation, Мартин Д. Конрой и Пол Г. Ричард - http://www.cpccorp.com/deep.htm]

Эффективность заземляющих стержней снижается из-за почвенных условий , токи молнии, физические повреждения, коррозия и т. д. и должны регулярно проверяться на сопротивление. То, что в прошлом году земля была хорошей, не значит, что так хорошо сегодня.

Проверили бы его методом испытания на падение потенциала или методом зажима при условии, что установка подходит для измерения сопротивления заземления с использованием метода зажима (см. Следующий раздел для обсуждения инструментов и методов тестирования).

Измерение сопротивления заземления может выполняться только с помощью специально разработанного оборудования. В большинстве приборов используется принцип падения потенциала переменного тока, циркулирующего между вспомогательным электродом и тестируемым заземляющим электродом. Показание выражено в омах и представляет собой сопротивление заземляющего электрода к окружающей земле. Некоторые производители испытательного оборудования недавно представили тестеры сопротивления заземления, которые также будут обсуждаться.

Принцип измерения сопротивления заземления (падение потенциала - трехточечное измерение)

Разность потенциалов между стержнями X и Y измеряется вольтметром, а ток между стержнями X и Z измеряется амперметром (см. Рисунок 13). )

По закону Ома E = IR или R + E / I, тогда мы можем получить сопротивление заземляющего стержня R. Если E = 20 В и I = 1 A, то:

R = E / I = 20/1 = 20

Нет необходимости проводить все измерения при использовании тестера заземления.Тестер заземления будет измерять непосредственно, генерируя собственный ток и отображая сопротивление заземляющего электрода.

Положение вспомогательных электродов при измерениях

Целью точного измерения сопротивления относительно земли является размещение вспомогательного токового электрода Z на достаточном расстоянии от тестируемого заземляющего электрода, чтобы вспомогательный потенциальный электрод Y находился за пределами эффективного площадь сопротивления как заземляющего электрода, так и вспомогательного токового электрода.Лучший способ узнать, находится ли вспомогательный потенциальный стержень Y за пределами эффективных областей сопротивления, - это переместить его между X и Z и снять показания в каждом месте. Если вспомогательный потенциальный стержень Y находится в зоне эффективного сопротивления (или оба, если они перекрываются, как на рисунке 14), при его перемещении полученные показания будут заметно отличаться по величине. В этих условиях невозможно определить точное значение сопротивления заземления.

С другой стороны, если вспомогательный потенциальный стержень Y расположен за пределами эффективных областей сопротивления (рисунок X), когда Y перемещается вперед и назад, вариация показаний минимальна.Полученные показания должны быть относительно близки друг к другу и являются наилучшими значениями сопротивления заземления X. Показания должны быть нанесены на график, чтобы гарантировать, что они лежат в области «плато», как показано на рисунке 15. Эту область часто называют. как «62% площади».

Измерение сопротивления заземляющих электродов (метод 62%)

Метод 62% был принят после графического рассмотрения и после реальных испытаний. Это наиболее точный метод, но он ограничен тем фактом, что тестируемая земля представляет собой единое целое.

Этот метод применяется только тогда, когда все три электрода находятся на прямой линии, а заземление представляет собой один электрод, трубу или пластину, как показано на рисунке 16.

Рассмотрим рисунок 17, на котором показаны площади эффективного сопротивления (концентрические оболочки) заземляющего электрода X и вспомогательного токового электрода Z. Области сопротивления перекрываются. Если бы показания были сняты путем перемещения вспомогательного потенциального электрода Y либо к X, либо к Z, тогда разность показаний была бы большой, и нельзя было бы получить показание в разумном диапазоне допуска.Чувствительные области перекрываются и действуют постоянно, увеличивая сопротивление по мере удаления Y от X.

Теперь рассмотрим рисунок 18, на котором электроды X и Z достаточно разнесены, чтобы области эффективного сопротивления не перекрывались. Если мы построим график измеренного сопротивления, мы обнаружим, что измерения сбиваются, когда Y находится на 62% расстояния от X до Z, и что показания по обе стороны от начального значения Y (62%), скорее всего, будут в пределах установленный диапазон допуска.Этот диапазон допуска определяется пользователем и выражается как
процентов от начального показания +/- 2%, +/- 5%, +/- 10% и т. Д.

Расстояние между вспомогательными электродами

Нет определенного расстояния между Могут быть заданы X и Z, поскольку это расстояние зависит от диаметра испытуемого стержня, его длины, однородности испытываемого грунта и, в частности, от эффективных площадей сопротивления. Однако приблизительное расстояние можно определить по следующей таблице, которая дается для однородной почвы и электрода диаметром 1 дюйм (для диаметра ½ дюйма уменьшите расстояние на 10%).

Измерение сопротивления заземления с помощью зажима

В отличие от метода падения потенциала (трехточечный), который требует, чтобы заземляющий стержень или тестируемая система были отключены от энергосистемы, этот метод измерения требует соединения между тестируемым стержнем для подключение электросети к земле. В результате метод предлагает возможность измерения сопротивления без отключения заземления. Он также предлагает преимущество включения заземления и общего сопротивления заземляющего соединения.

Принцип работы

Обычно заземленную систему общей распределительной линии можно смоделировать как простую базовую схему, как показано на рисунке 29, или как эквивалентную схему, показанную на рисунке 30. Если напряжение E приложено к любому измеренному заземляющему элементу Rx через специальный трансформатора, через цепь протекает ток I, который может быть представлен следующим уравнением:

Суть этого состоит в том, что заземляющий электрод для типичной заземленной электрической системы i параллелен заземляющим стержням и стыковому заземлению на каждом трансформаторе. и столб, который находится на стороне линии обслуживания, для которого вы тестируете землю.Все параллельные заземления выше по потоку становятся очень и очень малым параллельным сопротивлением по сравнению с сопротивлением стержня, на котором вы опираетесь (R x ).

Если R x и R 1 , и R 2 …. все примерно одинаковой величины, а n - большое число (например, 200), тогда х будет намного меньше

Например, если х , 1 , 2 , R 3 и т. Д. Все равны 10 Ом и n = 200, тогда:

В этом примере мы видим, что до тех пор, пока количество заземляющих стержней в системе электроснабжения велико (и проверяемый стержень подключен к ним), то эквивалентное сопротивление боковых стержней линии (.05 Ом) незначительно по отношению к измеряемому сопротивлению заземления (10 Ом).

E / I = Rx установлен. Если I определяется при постоянном значении E, можно получить измеренное сопротивление заземляющего элемента. Снова обратитесь к рисункам 29 и 30. Ток подается на специальный трансформатор через усилитель мощности через генератор постоянного напряжения 1,7 кГц. Этот ток обнаруживается детекторным трансформатором тока. На частоте 1,7 кГц сигнал усиливается фильтрующим усилителем. Это происходит перед аналого-цифровым преобразованием и после синхронного выпрямления.Затем он отображается на жидкокристаллическом дисплее.

Фильтр-усилитель используется для отсечки как тока земли на промышленной частоте, так и высокочастотного шума. Напряжение обнаруживается катушками, намотанными на трансформатор тока впрыска, который затем усиливается, выпрямляется и сравнивается компаратором уровня. Если зажим на CT не закрыт должным образом, и на ЖК-дисплее появляется индикация OPEN или OPEN.

Хотя точность клещей для тестеров сопротивления заземления хороша для многих сценариев, но имеет свои ограничения.Например, если условия заземления на стороне линии неизвестны (на этом основана теория работы клещевого тестера) или если в системе электроснабжения не так много заземлений на стороне линии (заземления полюсов), тогда трехточечный падение потенциального испытания должно быть выполнено.

Перед тем, как использовать и полагаться на данные любого измерительного оборудования, убедитесь, что оно откалибровано и сертифицировано. Если вы этого не сделаете, данные, которые он предоставляет, могут оказаться бесполезными.

Это обсуждение методов тестирования сопротивления заземления было взято из не защищенного авторским правом материала из рабочей книги AEMC Instruments «Общие сведения о тестировании сопротивления заземления», издание 6.0.

Наземные испытания | Тайны почвы

Каменистая местность? Городское окружение? Огромная наземная система? У нас есть тест на это.

Когда дело доходит до защиты электрической системы, необходимы заземляющие электроды. Эти скрытые под землей металлические проводники (стержни, пластины, сетки и т. Д.) Отводят токи короткого замыкания из электрической системы и фиксируют номинальное напряжение на определенных значениях, обеспечивая безопасность электросети каждый день.

Независимо от того, устанавливаете ли вы заземляющий электрод в первый раз или выполняете плановое техническое обслуживание, выбор правильного теста заземления является первым шагом.В идеале при выполнении теста вы хотели бы видеть сопротивление как можно ближе к нулю, поскольку эффективность заземляющего электрода обратно пропорциональна удельному сопротивлению земли.

Секрет кроется в почве (а не в соусе, извините). Почва - это то, что создает или прерывает заземление. Когда ток короткого замыкания проходит через электрод, он рассеивается во всех направлениях через окружающую почву. Если почва способна приспособиться к такой схеме рассредоточения, значит, у вас отличная связь.Если нет, то с электродом придется поработать.

В отличие от тестов, проводимых в лаборатории, на заводе или в другой закрытой среде, наземные испытания могут быть чудовищными. Испытуемый - планета Земля, и я думаю, мы все можем согласиться с тем, что Земля , а не предсказуемая. В наземных испытаниях главное - почвенные и геологические условия. Мы, как операторы тестирования, должны адаптироваться, что может быть непросто.

Имейте в виду, вы здесь не один.Оборудование для наземных испытаний измеряет ток, автоматически выполняет вычисления и возвращает вам значения сопротивления. Хотя вы лично не занимаетесь математикой, понимание того, что происходит за кулисами, даст вам более четкое представление, поскольку вы поймете свои результаты и оцените эффективность своей наземной системы.

Когда дело доходит до наземных испытаний, существует довольно много доступных методов. Хотя некоторые из них более популярны, чем другие, каждый метод (обычно) имеет определенное приложение, которое сопровождает его.Нерешительный? Не волнуйся. Мы разберем для вас все методы. Давайте копаться.

Падение потенциала

Метод падения потенциала - это классический и единственный метод наземного тестирования, соответствующий стандарту IEEE 81. Надежный и высокоточный тест для наземной системы любого размера - чего еще вы могли бы пожелать? Кроме того, оператор полностью контролирует испытательную установку и может легко проверить свои результаты, изменив расстояние между датчиками. С другой стороны, это может занять очень много времени и трудозатрат.Особенно для больших систем, требующих больших расстояний и измерительных щупов.

Давайте разберемся в самом тесте. У вас есть три точки соприкосновения: одна с тестируемым электродом и две, помещенные в почву. В почве один зонд будет действовать как источник тока, создавая цепь через почву, в то время как другой зонд будет обеспечивать потенциал, измеряя градиент напряжения, установленный между испытательным током и сопротивлением окружающей почвы. Теперь, чтобы получить результаты тех тестов. Представьте себе, что это было бы так просто, как вытянуть измерительные провода до упора, поместить зонды в землю и взорвать - у вас есть свои результаты! Если таким образом вам удастся пройти точный тест, вам очень повезло.Возможно, вы захотите даже подумать о покупке лотерейного билета по дороге домой. Для остальных из нас надежным и точным тестом является прохождение потенциального зонда через равные промежутки времени при одновременной записи серии показаний.

Хотите знать, как будут выглядеть эти результаты? Мы нарисовали их для вас ниже. Сопротивление заземляющего электрода - это значение в плоской, ровной точке кривой (B). Когда потенциальный зонд находится в зоне воздействия испытательного электрода или токового зонда, вы увидите подъемы на графике в точках A и C соответственно.Если между токовым датчиком и заземляющим электродом нет надлежащего расстояния, потенциальный датчик никогда не выйдет из-под влияния других датчиков, и график никогда не станет горизонтальным. Если форма графика не похожа на приведенную ниже, токовый зонд необходимо отодвинуть дальше и испытание необходимо повторить. Простите всем.

Упрощенное падение потенциала

Теперь, когда вы (надеюсь) понимаете метод падения потенциального, давайте поговорим об упрощенной версии.Пожалуйста, поймите, упрощенный метод следует использовать только в обстоятельствах, когда сбор достаточного количества данных для построения полной кривой сопротивления в зависимости от расстояния невозможно , поскольку этот метод может поставить под угрозу точность ваших результатов.

Итак, вот шаги:

1. Снимите показания (R 1 ) с помощью датчика потенциала (P) на полпути (50%) между заземляющим электродом и датчиком тока (C).

2. Переместите датчик опорного потенциала (P) в место, которое находится на 40% расстояния до C, и снимите показания (R 2 ).

3. Повторите при 60% для чтения R 3 .

4. Усредните эти результаты ( 1 , 2 и 3 ).

А теперь время для настоящей математики . Вы можете подумать, что мне это не кажется очень «упрощенным». Не волнуйтесь, мы тоже так думаем! Чтобы упростить задачу, мы предлагаем следовать примеру, приведенному ниже.

5. Найдите значение, наиболее удаленное от среднего из всех значений. В нашем случае это 55 Ом.

6. Определите максимальное отклонение от среднего.

Если в 1,2 раза этот процент (обведен красным) на МЕНЬШЕ , чем желаемая точность теста (в нашем примере это 5%), в качестве результата теста можно использовать среднее значение результатов. Имеет ли это смысл? Если ваш результат НЕ находится в пределах желаемой точности, вы должны отодвинуть токовый датчик подальше и повторить тест.

Правило 61,8%

Идем прямо - 61.Правило 8%. Это просто. Все, что вам нужно сделать, это провести одно измерение с потенциальным щупом на расстоянии 61,8% длины между тестируемым заземляющим электродом и токовым щупом. Поскольку для этого требуется наименьшее количество упражнений (для перемещения зондов), очень мало математики и самая простая процедура на планете - вы, вероятно, думаете, почему не все делают это? Что ж, у него довольно много ограничений. Для начала предполагается, что вы работаете в идеальных условиях с идеальной однородной почвой.Он также менее точен, чем оба метода падения потенциальных возможностей, которые мы обсуждали ранее.

Итак, кто этим пользуется? Не каждый. По сути, если ваш сайт тестирования очень хорошо известен и хорошо защищен, 61,8% - отличный резервный метод тестирования. В других местах, вероятно, не лучший вариант. Поскольку это основано на идеальной модели, его фактическое применение в реальном тестировании может оказаться недостаточным. Вы также никогда не знаете, что может скрываться под землей; трубы, силовые кабели и неровности состава почвы повлияют на точность вашего теста.

Хорошо, на сегодня все. Следите за новостями, чтобы узнать больше о секретах почвы. В следующий раз мы рассмотрим уклон, пересекающиеся кривые и методы наземных испытаний на мертвую землю.

Уход от ступеньки Потенциальные опасности: Свести к минимуму напряжение между ступнями | 2018-03-01

Человек может подвергнуться риску травмы во время неисправности - любого аномального электрического тока - просто стоя рядом с заземленным предметом, имеющим электрический заряд. Согласно OSHA, человек, находящийся на земле, подвергается риску во время электрического повреждения, пытаясь двигаться к точке заземления или от нее.Ступенчатый потенциал - это напряжение между ногами человека, стоящего рядом с заземленным объектом под напряжением. Цель состоит в том, чтобы минимизировать напряжение между ногами и избежать опасных ситуаций.

Поврежденные провода, находящиеся под напряжением транспортные средства или инструменты, а также находящиеся под напряжением заземленные деревья или ветки деревьев являются примерами потенциальной опасности поражения электрическим током.

Что делать?

Согласно OSHA1, вы должны убедиться, что каждый из ваших сотрудников обучен распознавать и обладает соответствующей квалификацией для работы рядом с любой опасностью поражения электрическим током, которая может возникнуть на рабочем месте.Чтобы избежать потенциальных опасностей, связанных со ступенями, OSHA рекомендует использовать очень короткие перемежающиеся шаги или отойти от электрической неисправности, держа обе ноги близко друг к другу. Сотрудники, подвергающиеся риску, должны избегать больших шагов и избегать прямого или косвенного контакта с любыми предметами при выходе из опасной зоны.

В отличие от ступенчатого потенциала, потенциал прикосновения - это напряжение между заземленным объектом под напряжением и ступнями человека, контактирующего с объектом.

Чтобы понять потенциал шага и касания, вам необходимо понять, как энергия рассеивается через проводящие объекты.В условиях обрыва полюса или опущенного провода существуют хорошие проводники, обеспечивающие путь к земле, включая металлические ограждения, влажную почву и лужи. Другими проводниками, по которым ток может проходить на землю, являются деревья, деревянные заборы и опоры. Древесина обычно рассматривается как изолятор, но мокрая древесина будет проводить электрический ток. 2

Когда находящийся под напряжением провод падает через сетчатый забор или прямо на землю, объект и непосредственная область находятся под напряжением, создавая зону высокого напряжения по отношению к земле.Фактическое напряжение зависит от источника, сопротивления объекта и состояния почвы - материала и влажности. Рассеяние напряжения от заземленного проводника - или от заземленного конца заземленного объекта под напряжением - называется градиентом потенциала земли. Напряжение является самым высоким у источника и спадает, когда энергия движется по земле. 3

Два стандарта OSHA предлагают защиту от ступенчатого потенциала:

  • 1910.136 (a) требует, чтобы работники из группы риска использовали защитную обувь, если ее использование защитит пострадавшего сотрудника от поражения электрическим током, например статического разряда или электрического разряда. -опасность поражения электрическим током, остающаяся после принятия работодателем других необходимых защитных мер.
  • 1910.269 (p) (4) (iii) (C) требует, чтобы сотрудники были защищены от опасностей, которые могут возникнуть в результате контакта механического оборудования с линиями или оборудованием под напряжением. Работодатели должны принимать защитные меры в дополнение к заземлению оборудования. Пошаговая потенциальная защита является результатом этого изменения. Опасности, характерные для конкретной площадки, должны быть идентифицированы в каждом рабочем инструктаже на месте (см. 1910.269 (c)), чтобы можно было определить, необходимы ли дополнительные меры предосторожности. 4

Ссылки

  1. OSHA Quick Card «Предотвращение потенциальной опасности поражения электрическим током», http: // www.osha.gov/SLTC/treecare/index.html
  2. Район государственной энергетики Корнхаскер, «Шаговый потенциал вокруг линий электропередачи», http://cornhusker-power.com/safety/step-potential/
  3. Район государственной энергетики Корнхаскер, «Шаговый потенциал вокруг линий электропередачи», http://cornhusker-power.com/safety/step-potential/
  4. «Голос опыта: требования к ступенчатой ​​потенциальной защите», Дэнни Рейнс, журнал «Предотвращение инцидентов», июль-август 2016 г., https: // предотвращение инцидентов.ru / ip-articles / tailgate-safety-themes / voice-of-experience

Принципы и методы проверки сопротивления заземления

12 августа 2014 г., Опубликовано в статьях: Вектор

Информация из Comtest

Плохое заземление способствует простоям, но отсутствие хорошего заземления также опасно и увеличивает риск отказа оборудования.

Со временем коррозионные почвы с высоким содержанием влаги и солей и высокими температурами могут разрушить заземляющие стержни и их соединения. Таким образом, хотя система заземления имела низкие значения сопротивления заземления при первоначальной установке, сопротивление системы заземления может увеличиваться, если заземляющие стержни корродируют.

Тестеры заземления

- незаменимые инструменты для поиска и устранения неисправностей, помогающие поддерживать время безотказной работы. Рекомендуется проверять все заземления и заземляющие соединения не реже одного раза в год в рамках вашего обычного плана профилактического обслуживания.Если во время этих периодических проверок будет измерено увеличение сопротивления более чем на 20%, техник должен исследовать источник проблемы и внести коррекцию, чтобы снизить сопротивление, заменив или добавив заземляющие стержни в систему заземления.

Что такое земля?

Статья 100 Национального электротехнического кодекса США (NEC) определяет заземление как «проводящее соединение, намеренное или случайное, между электрической цепью или оборудованием и землей или с некоторым проводящим телом, которое служит вместо земли».

Заземление фактически включает в себя два разных предмета: заземление и заземление оборудования. Заземление - это намеренное соединение проводника цепи, обычно нейтрального, с заземляющим электродом, помещенным в землю. Заземление оборудования обеспечивает правильное заземление работающего оборудования внутри конструкции.

Эти две системы заземления должны быть разделены, за исключением соединений между двумя системами. Это предотвращает разность потенциалов напряжения из-за возможного пробоя при ударах молнии.Цель заземления - обеспечить безопасный путь для рассеивания токов короткого замыкания, ударов молний, ​​статических разрядов, сигналов EMI и RFI и помех.

Национальное агентство противопожарной защиты США (NFPA) и Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) рекомендуют значение сопротивления заземления 5 или меньше. Целью сопротивления заземления является достижение минимально возможного значения сопротивления заземления, которое имеет смысл с экономической и физической точек зрения.

Что влияет на сопротивление заземления?

На сопротивление заземления системы заземления влияют четыре переменных: длина или глубина заземляющего электрода; диаметр заземляющего электрода; количество заземляющих электродов и конструкция системы заземления.

Длина / глубина заземляющего электрода

Установка заземляющих электродов глубже - очень эффективный способ снизить сопротивление заземления. Почва непостоянна по своему удельному сопротивлению и может быть непредсказуемой. Уровень сопротивления обычно можно снизить еще на 40%, удвоив длину заземляющего электрода. Иногда невозможно загнать заземляющие стержни глубже - например, в области, состоящие из скальных пород. В этих случаях жизнеспособны альтернативные методы, включая цементное заземление.

Диаметр заземляющего электрода

Увеличение диаметра заземляющего электрода очень мало влияет на снижение сопротивления. Например, вы можете удвоить диаметр заземляющего электрода, и ваше сопротивление уменьшится только на 10%.

Количество заземляющих электродов

Использование нескольких заземляющих электродов - еще один способ снизить сопротивление заземления. Более одного электрода вбивают в землю и подключают параллельно, чтобы снизить сопротивление.Чтобы дополнительные электроды были эффективными, расстояние между дополнительными стержнями должно быть как минимум равным глубине ведомого стержня.

Сферы влияния заземляющих электродов будут пересекаться, и сопротивление не будет уменьшено без надлежащего расстояния. В таблице 1 представлены различные сопротивления заземления, которые можно использовать в качестве практического правила.

Таблица 1: Сопротивление заземления для практического использования.

Тип почвы

Удельное сопротивление почвы R E

Сопротивление заземления

Глубина заземляющего электрода (метр)

Заземляющая полоса (метр)

Ом · м

3

6

10

5

10

20

Очень влажная почва,
болотистая

30

10

5

3

12

6

3

Сельскохозяйственные почвы суглинистые
и глинистые почвы

100

33

17

10

40

20

10

Грунт песчано-глинистый

150

50

25

15

60

30

15

Влажный песчаный грунт

300

66

33

20

80

40

20

Бетон 1: 5

400

160

80

40

Влажный гравий

500

160

80

48

200

100

50

Сухая песчаная почва

1000

330

165

100

400

200

100

Сухой гравий

1000

330

165

100

400

200

100

Грунт каменистый

30 000

1000

500

300

1200

600

300

Скала

107

Проектирование наземной системы

Простые системы заземления состоят из одного заземляющего электрода, вбитого в землю.Использование одного заземляющего электрода является наиболее распространенной формой заземления. Сложные системы заземления состоят из нескольких заземляющих стержней, связанных, ячеистых или сетевых сетей, пластин заземления и контуров заземления.

Эти системы обычно устанавливаются на электростанциях, в центральных офисах и на вышках сотовой связи. Сложные сети значительно увеличивают контакт с окружающей землей и снижают сопротивление земли.

Измерение удельного сопротивления грунта

Удельное сопротивление почвы необходимо при определении конструкции системы заземления для новых установок (применение с нуля) для удовлетворения ваших требований к сопротивлению заземления.В идеале вы должны найти место с минимально возможным сопротивлением. Плохие почвенные условия можно преодолеть с помощью более сложных систем заземления. Состав почвы, влажность и температура - все это влияет на удельное сопротивление почвы. Почва редко бывает однородной, и ее удельное сопротивление будет варьироваться географически и на разных глубинах. Влагосодержание меняется в зависимости от сезона, в зависимости от характера подслоев земли и глубины постоянного уровня грунтовых вод. Рекомендуется размещать заземляющие стержни как можно глубже в земле, поскольку почва и вода обычно более устойчивы на более глубоких пластах.

Расчет удельного сопротивления грунта

В описанной здесь методике измерения используется метод Веннера и формула:

ρ = 2 π A R

где:

ρ = среднее удельное сопротивление грунта на глубине A в: Ом-см.

π = 3,1416.

A = расстояние между электродами в см.

R = измеренное значение сопротивления в Ом на измерительном приборе.

Измерение сопротивления почвы

Для проверки удельного сопротивления грунта подключите тестер заземления, как показано на рис. 1. Четыре стержня заземления расположены в грунте по прямой линии на равном расстоянии друг от друга. Расстояние между земляными кольями должно быть не менее чем в три раза больше, чем глубина столбов. Тестер заземления Fluke1625 генерирует известный ток через два внешних стержня заземления, а падение потенциала измеряется между двумя внутренними стержнями заземления.Тестер автоматически рассчитывает сопротивление почвы по закону Ома ( В = IR ).

Рис. 1: Пути тока испытания в бесстоечном методе.

Всегда рекомендуются дополнительные измерения, когда оси кола повернуты на 90 °, потому что результаты измерений часто искажаются и недействительны из-за подземного металла, подземных водоносных горизонтов и т. Д.

Производится профиль, который может определять подходящую систему сопротивления заземления, изменяя глубину и расстояние несколько раз.Измерения удельного сопротивления почвы часто искажаются из-за наличия токов заземления и их гармоник.

Измерение падения потенциала

Метод испытания падения потенциала используется для измерения способности системы заземления или отдельного электрода рассеивать энергию от объекта. Требуемый заземляющий электрод должен быть отключен. Затем тестер подключается к заземляющему электроду. Затем два заземляющих стержня помещаются в почву на прямой линии - вдали от заземляющего электрода для проверки 3-полюсного падения потенциала.Обычно достаточно расстояния 20 м.

Размещение ставок

Важно, чтобы зонд был размещен вне сферы влияния тестируемого заземляющего электрода и вспомогательного заземления для достижения наивысшей степени точности при выполнении 3-полюсного испытания сопротивления заземления, в противном случае эффективные области сопротивления будут перекрываться и недействительны любые замеры.

Таблица 2 представляет собой руководство по настройке датчика (внутренний стержень) и вспомогательного заземления (внешний стержень).Переместите внутренний стержень (зонд) на 1 м в любом направлении и проведите новое измерение, чтобы проверить точность результатов и убедиться, что стержни земли находятся вне сфер воздействия. Если есть значительное изменение показаний (30%), вам следует увеличить расстояние между тестируемым стержнем заземления, внутренним стержнем (зондом) и внешним стержнем (вспомогательным заземлением) до тех пор, пока измеренные значения не останутся достаточно постоянными при изменении положения внутренний кол (зонд).

Бесстиковое измерение

Тестер заземления Fluke 1625 может измерять сопротивление контура заземления для многозаземленных систем, используя только токовые клещи.Этот метод тестирования исключает опасный этап отключения параллельных заземлений, а также процесс поиска подходящих мест для дополнительных заземляющих стержней.

Вы также можете выполнять наземные испытания в местах, о которых вы раньше не думали: внутри зданий, на опорах электропередач или в любом месте, где нет доступа к грунту.

В этом методе тестирования два зажима помещаются вокруг стержня заземления или соединительного кабеля, и каждый из них подключается к тестеру (см. Рис. 2).Земляные колья вообще не используются. Известное напряжение индуцируется одним зажимом, а ток измеряется вторым зажимом. Тестер автоматически определяет сопротивление контура заземления на этом стержне заземления. Если есть только один путь к заземлению, метод бесстойки не даст приемлемого значения, и необходимо использовать метод проверки падения потенциала. Тестер заземления работает по принципу, что в параллельных / многозаземленных системах сеть сопротивление всех путей заземления будет чрезвычайно низким по сравнению с любым одиночным трактом (тестируемым).Таким образом, полное сопротивление всех сопротивлений параллельного обратного пути фактически равно нулю. Бесступенчатое измерение измеряет только сопротивление отдельных стержней заземления параллельно системам заземления. Если система заземления не параллельна земле, вы либо будете иметь разомкнутую цепь, либо будете измерять сопротивление контура заземления.

Рис. 2: Настройка для бесстержневого метода.

Измерение импеданса заземления

При попытке рассчитать возможные токи короткого замыкания на электростанциях и в других ситуациях, связанных с высоким напряжением / током, важно определить комплексное полное сопротивление заземления, поскольку полное сопротивление будет состоять из индуктивных и емкостных элементов.Поскольку в большинстве случаев индуктивность и удельное сопротивление известны, фактическое сопротивление можно определить с помощью сложных вычислений.

Поскольку импеданс зависит от частоты, Fluke 1625 использует сигнал 55 Гц для этого расчета, чтобы максимально приблизить его к рабочей частоте напряжения. Это гарантирует, что измерение будет близко к значению на истинной рабочей частоте. Специалистов по электроснабжению, проводящих испытания высоковольтных линий электропередачи, интересуют две вещи: сопротивление заземления в случае удара молнии и полное сопротивление всей системы в случае короткого замыкания в определенной точке линии.Короткое замыкание в данном случае означает, что активный провод рвется и касается металлической сетки башни.

В центральных офисах

При проведении аудита заземления центрального офиса требуются три различных измерения.

Перед тестированием найдите главную шину заземления (MGB) в центральном офисе, чтобы определить тип системы заземления. MGB будет иметь заземляющие провода, подключенные к многозаземленной нейтрали (MGN) или входящей сети, полю заземления, водопроводной трубе и конструкционной или строительной стали (см.Рис.3).

Рис. 3: План типичного центрального офиса.

Во-первых, проведите бесстоечный тест на всех отдельных основаниях, исходящих от MGB (см. Рис. 4). Цель состоит в том, чтобы убедиться, что все заземления подключены, особенно MGN. Важно отметить, что вы измеряете не индивидуальное сопротивление, а сопротивление контура того, что вы зажимаете. Подключите тестер заземления, а также индукционные и чувствительные зажимы, которые размещены вокруг каждого соединения для измерения сопротивления контура MGN, поля заземления, водопровода и строительной стали.Во-вторых, выполните 3-полюсное испытание падения потенциала всей системы заземления, подключенной к MGB (см. Рис. 5). Чтобы добраться до удаленной земли, многие телефонные компании используют неиспользуемые кабельные пары, выходящие на расстояние до мили. Запишите измерение и повторяйте этот тест не реже одного раза в год.

Рис. 4: Безэкранное тестирование центрального офиса.

В-третьих, измерьте отдельные сопротивления системы заземления с помощью выборочного теста тестера заземления (см. Рис. 6). Подключите тестер.Измерьте сопротивление МГН; значение - это сопротивление этой конкретной ветви МГБ. Затем измерьте поле земли. Это показание представляет собой фактическое значение сопротивления заземляющего поля центрального офиса.

Рис. 5: Выполните трехполюсное испытание падения потенциала всей системы заземления.

Теперь перейдите к водопроводной трубе и повторите процедуру для сопротивления строительной стали. Вы можете легко проверить точность этих измерений с помощью закона Ома. Сопротивление отдельных ветвей при расчете должно равняться сопротивлению всей данной системы (допускать разумную ошибку, поскольку все элементы заземления не могут быть измерены).

Рис. 6: Измерьте отдельные сопротивления системы заземления с помощью выборочного теста.

Эти методы испытаний обеспечивают наиболее точное измерение центральных офисов, поскольку они дают вам индивидуальные сопротивления и их фактическое поведение в системе заземления. Хотя измерения точны, они не покажут, как система ведет себя как сеть, потому что в случае удара молнии или тока короткого замыкания все подключено.

Дополнительные испытания

Сначала выполните 3-полюсный тест на падение потенциала на каждой ножке MGB и запишите каждое измерение.Снова используя закон Ома, эти измерения должны быть равны сопротивлению всей системы. Из расчетов вы увидите, что ваша общая стоимость составляет от 20 до 30% от общей стоимости R E .

Таблица 2: Руководство по установке внутренних и внешних стоек.

Глубина заземляющего электрода

Расстояние до внутренней стойки

Расстояние до внешней стойки

2 м

15 м

25 м

3 м

20 м

30 м

6 м

25 м

40 м

10 м

30 м

50 м

Наконец, измерьте сопротивление различных ветвей MGB с помощью селективного бесстержневого метода.Он работает как метод без стоек, но отличается тем, как мы используем два отдельных зажима. Мы размещаем зажим индуцирующего напряжения вокруг кабеля, идущего к MGB, и, поскольку MGB подключен к входящей мощности, которая параллельна системе заземления, мы выполнили это требование.

Поместите измерительный зажим вокруг кабеля заземления, ведущего к полю заземления. Когда мы измеряем сопротивление, это фактическое сопротивление поля земли плюс параллельный путь MGB.Поскольку сопротивление должно быть очень низким, оно не должно реально влиять на измеряемые показания. Этот процесс можно повторить для других опор заземляющего стержня, таких как водопроводная труба или конструкционная сталь. Чтобы измерить MGB бесстержневым селективным методом, поместите зажим индуцирующего напряжения вокруг линии к водопроводной трубе (так как медная водопроводная труба должна иметь очень низкое сопротивление), и ваше показание будет сопротивлением только для MGN.

Свяжитесь с Герритом Барнардом, Comtest, тел. 011 608-8520, gbarnard @ comtest.co.za

Статьи по теме

  • Портал ресурсов правительства ЮАР по коронавирусу COVID-19
  • Постановлениями министерства предлагается 13813 МВт нового строительства на ГЭС, без Eskom
  • Настало время для южноафриканской национальной ядерной компании Necsa
  • Разбираясь со слоном в комнате, это Эском…
  • Интервью с министром полезных ископаемых и энергетики Гведе Манташе
  • ошибок заземления | IBEW - Международное братство электромонтажников

    Заземляющий провод может быть неизолированным или изолированным, многожильным или одножильным, и должен быть надежно закреплен на месте и проложен по прямой линии от разрядного устройства к заземляющему электроду (Фото 2).Если в здании есть клемма для межсистемного соединения, заземляющий провод должен быть подключен к ней или к одному из следующих устройств:
    • Система заземляющих электродов.
    • Заземленная внутренняя металлическая система водопровода в пределах 5 футов от точки входа в здание.
    • Средства заземления, доступные для электроснабжения, вне здания.
    • Металлическая дорожка качения для силовых цепей.
    • Шкаф для сервисного оборудования.
    • Провод заземляющего электрода или его металлический корпус.

    Если этот заземляющий провод установлен внутри металлической дорожки качения, необходимо прикрепить металлическую дорожку к нему с обоих концов. По этой причине, если дорожка качения необходима для дополнительной защиты, обычно используется ПВХ (жесткий неметаллический кабелепровод, внесенный в список UL). Заземляющий провод должен быть не меньше меди 10 AWG.

    При использовании отдельных электродов необходимо подключить средство заземления разрядного блока антенны к системе заземления энергосистемы помещения медным проводом 6 AWG.Излишне говорить, что заземление спутниковой антенны выходит далеко за рамки простого вождения заземляющего стержня в точке входа.

    Заземление для кабельного телевидения немного отличается. Обычно кабельное телевидение вводится в здание через коаксиальный кабель, который имеет центральный провод, изолирующую прокладку и внешний электрический экран. Из-за прокладки уменьшается емкостная связь, поэтому кабель обеспечивает высококачественный сигнал для передачи данных, голоса и видео. Неправильное заземление коаксиального кабеля, используемого для кабельного телевидения, очень распространено.

    Нет блока разряда антенны, необходимого для установки спутниковой антенны. Вместо этого экран коаксиального кабеля подключается к изолированному заземляющему проводнику, который ограничен медью, но может быть многожильным или одножильным. Заземляющий провод сечением не менее 14 AWG, так что его допустимая нагрузка по току примерно равна внешнему экрану коаксиального кабеля.

    Основной отличительной особенностью дома на одну и две семьи является то, что заземляющий провод не может превышать 20 футов в длину и предпочтительно должен быть короче.Если заземляющий электрод, такой как межсистемный контактный зажим, находится за пределами 20 футов, для этой цели необходимо ввести заземляющий стержень. Однако даже после того, как это специальное средство заземления установлено, чтобы соответствовать требованиям NEC, установка должна иметь перемычку не менее 6 AWG или эквивалентную, которая подключается между заземляющим электродом системы CATV и системой заземляющих электродов питания для здание. Отсутствие этой перемычки является серьезным нарушением Кодекса, уступающим только отсутствию заземления.Вы должны соединить все заземления системы, антенну, питание, кабельное телевидение, телефон и т. Д. С помощью толстой перемычки.

    3. Отказ от установки GFCI там, где это необходимо. Последние редакции Кодекса предписывают более широкое использование GFCI. В жилых единицах GFCI требуются для всех однофазных розеток на 125 В, 15 А и 20 А в: ванных комнатах; гаражи; вспомогательные здания с полом на уровне класса или ниже, не предназначенные для проживания, ограниченные складскими помещениями, рабочими и аналогичными помещениями; на улице; кухни вдоль столешниц; в пределах 6 футов от внешнего края раковин для стирки, подсобных помещений и бара с раковиной; и эллинги.За исключением жилых помещений, GFCI требуются на всех розетках 125 В, однофазных, 15 А и 20 А в ванных комнатах, кухнях, крышах, на открытом воздухе и в пределах 6 футов от внешнего края раковин.

    Другие области, требующие использования GFCI, включают: лодочные подъемники, подвесы для самолетов, фонтанчики для питья, торговые автоматы, подключенные к электросети и розетки, моечные машины высокого давления, гидромассажные ванны, карнавалы, цирки, ярмарки (и т. Д.), С электроприводом. покрытия для бассейнов, переносные или передвижные электрические знаки, оборудование для электрификации парковочных мест для грузовиков, лифты, лифты, эскалаторы, движущиеся дорожки, подъемники платформ / лестничные подъемники, стационарные электрические кабели для обогрева помещений, фонтаны, коммерческие гаражи, электрооборудование для естественных и искусственно созданных тел воды, подогрева трубопроводов, лечебных бассейнов и ванн, лодок, строительных площадок, медицинских учреждений, причалов / лодок, бассейнов, транспортных средств для отдыха, чувствительного электронного оборудования, спа-салонов и джакузи.

    4. Неправильное подключение заземляющего провода оборудования к нейтрали системы. Вы должны подключать заземленный нейтральный провод к обычно не токоведущим металлическим частям оборудования, кабельным каналам и корпусам только через главную перемычку заземления (или, в случае системы с отдельным подключением, через перемычку заземления системы). Установите это соединение на средстве отключения службы, а не ниже по потоку. Когда вы покупаете новую входную панель, в комплект обычно входит винт или другая основная перемычка.К нему прилагаются инструкции, согласно которым он должен устанавливаться только тогда, когда панель будет использоваться в качестве сервисного оборудования.

    Установка основной перемычки соединения в коробку, используемую в качестве вспомогательной панели, питаемой 4-проводным механизмом подачи проволоки, является серьезной ошибкой. Также неправильно не установить его, когда панель используется в качестве сервисного оборудования. Неправильное резервное подключение заземленной нейтрали к проводам заземления оборудования может привести к возникновению нежелательного циркулирующего тока и наличия напряжения на металлических инструментах или корпусах устройств.К сервисному разъединителю следует подключить заземленную нейтраль и провода заземления оборудования. Затем разделите их - никогда больше не воссоединитесь. Дополнительные опциональные заземляющие стержни могут быть подключены в любом месте вдоль заземляющего провода оборудования, но не к заземленной нейтрали.

    5. Неправильное заземление рам электрических плит и сушилок для одежды. До версии NEC 1996 года обычной практикой было использование нейтрали в качестве заземления оборудования. Однако теперь все рамы электрических плит, настенных духовок, навесных кухонных плит, сушилок для одежды и розетки или распределительные коробки, которые являются частью этих цепей, должны быть заземлены четвертым проводом: проводником заземления оборудования.

    Исключение разрешает сохранение схемы до 1996 г. для существующих установок ответвленной цепи только там, где нет заземляющего проводника оборудования. Необходимо выполнить несколько других условий. Если возможно, лучше всего запустить новую 4-проводную ответвленную цепь от панели. Если вам необходимо сохранить старый прибор, обязательно удалите перемычку между нейтралью и рамой, если необходимо подключить провод заземления оборудования.

    6. Отказ от заземления погружных скважинных насосов. Когда-то погружные насосы не требовалось заземлять, потому что они не считались доступными. Однако было отмечено, что рабочие вытаскивали насос, клали его на землю и подавали напряжение, чтобы посмотреть, будет ли он вращаться. Если из-за неисправности проводки корпус окажется под напряжением, устройство максимального тока не будет работать, что приведет к опасности поражения электрическим током. NEC 2008 года требует четвертого заземляющего провода оборудования, который теперь необходимо протянуть к верхней части обсадной трубы. Многие считают, что в трехпроводной системе с погружными насосами один провод является «заземлением».На самом деле кабель погружного насоса состоит из трех жил (плюс заземляющий провод), скрученных вместе и не имеющих оболочки. Желтый - это обычная ветвь 240 В, черный - работа, а красный - пуск, на который блок управления подает питание на короткий период времени. До введения нового требования к заземлению все было жарко.

    7. Неправильное присоединение заземляющего провода к электрическим устройствам. Подключение устройств с последовательным соединением таким образом, чтобы при удалении одного из них нарушалось целостность заземления оборудования, является распространенной проблемой.Предпочтительный способ заземления электропроводки - подсоединить входящие и исходящие заземляющие провода оборудования к короткой оголенной или зеленой перемычке. Затем перемычка с неизолированной или зеленой изоляцией подключается к клемме заземления устройства.

    8. Отсутствие второго заземляющего стержня там, где это необходимо. Одиночный заземляющий стержень, сопротивление которого относительно земли не превышает 25 Ом, должен быть дополнен вторым заземляющим стержнем. После установки второго заземляющего стержня нет необходимости, чтобы они удовлетворяли требованиям по сопротивлению.На практике измерения сопротивления проводят немногие электрики.

    Эксперимент: ссылка на ваши шипы


    Фон

    Чтобы понять этот эксперимент, нужно сначала иметь представление о вольтах (или напряжении). Напряжение - это мера электрической разницы между двумя точками.

    Например, вы когда-нибудь расчесывали волосы в сухой день и замечали, что ваши волосы начинают «плыть» по направлению к гребню? Это потому, что вы создали электрическую разницу между расческой и волосами.

    Когда вы расчесываете волосы, пластиковая расческа «снимает» электроны с волос, создавая разницу в заряде или «напряжении» между волосами и расческой. Как ни странно, разделение ответственности заставляет ваши волосы притягиваться к гребню, а отдельные пряди волос отталкиваются друг от друга.

    Эта разница в заряде также означает, что вы никогда не сможете просто измерить напряжение в одной точке. Любое значение напряжения, которое вы видите, всегда будет относительным значением или значением в одной точке (гребень), как определено по отношению к значению в другой точке (волосы).В качестве другого примера, батарея на девять вольт, которая питает ваш SpikerBox, имеет разницу в напряжении «девять вольт» между «+» и «-» концами.

    Поскольку напряжение является мерой разницы между двумя точками, в вашем кабеле электрода SpikeBox есть две иглы вместо одной; мы измеряем напряжение между двумя контактами электрода. В идеальном мире ваши два электрода имеют разные идентичности: «записывающий» электрод, который улавливает интересующий сигнал (пики) и, надеюсь, находится рядом с нервами, и «заземляющий» электрод, который в идеале находится в той части организма, у которой мало присутствует электрический сигнал.

    Почему? Потому что вам нужна разница между двумя электродами, чтобы увидеть ваши шипы. Пики (потенциалы действия) чрезвычайно малы, порядка микровольт до милливольт, и поэтому должны быть усилены такими устройствами, как ваш Spikerbox, чтобы их можно было обнаружить. Давайте посмотрим, что происходит, когда игла проходит по нерву, а наши регистрирующие и заземляющие электроды находятся на противоположных концах нерва. На рисунке ниже спайк представлен как «+» на поверхности всех «-» внутри нерва.

    Когда регистрирующий электрод сталкивается с иглой, в нашем прицеле для измерения напряжения возникает косая черта, направленная вверх. Затем, когда пик находится между регистрирующим электродом и заземляющим электродом, нет разницы между тем, что каждый электрод «видит», и мы измеряем ноль. Когда игла затем проходит мимо заземляющего электрода, регистрирующий электрод теперь кажется отрицательным по отношению к земле, и на прицеле имеется косая черта, направленная вниз. Затем, когда игла проходит дальше по нерву от заземляющего электрода, показание напряжения возвращается к норме.

    Теперь рассмотрим мысленный эксперимент, в котором мы сталкиваемся со странным альтернативным миром, в котором потенциалы действия бесконечно быстро проходят по нерву. Представьте, что мы пытаемся записать спайки от этого нерва с той же конфигурацией электродов, что и выше. Если возникает потенциал действия, и мы измеряем разность напряжений между регистрирующим электродом и заземляющим электродом, что мы ожидаем увидеть?

    Поскольку и записывающий электрод, и земля будут иметь одинаковый электрический потенциал из-за бесконечно быстрого потенциала действия, мы бы измерили нулевое значение.... что позволило бы нам предположить, что это животное не имеет потенциалов действия, и поэтому использует новый, неизвестный науке, метод нейронной коммуникации! Если бы мы были правы, это было бы здорово для нашей карьеры, но, к сожалению, наши выводы были бы неверными. Наше размещение электродов просто не позволяло нам «видеть» потенциал действия.

    Таким образом, поскольку измерение напряжения - это измерение разницы между записывающим и заземляющим электродами, вам необходимо тщательно подумать о том, где вы размещаете электроды при записи нейронных сигналов.Например, рассмотрим следующие три условия:

    В верхнем состоянии (электроды далеко, но оба находятся в нервной ткани) вы записываете "очень переполненную" смесь спайков от шести нейронов (как вы могли бы видеть три нейрона возле заземляющего электрода и три нейрона возле записывающего электрода. ). В среднем состоянии (заземляющий электрод в кости, регистрирующий электрод в нервной ткани) ваша запись будет менее «перегруженной», поскольку заземляющий электрод находится в кости, где нет нейронов.Вы увидите только всплески от трех нейронов возле записывающего электрода. Теперь рассмотрим нижнее состояние. Обратите внимание, есть два нейрона точно между записывающим и заземляющим электродом. Оба электрода будут видеть один и тот же сигнал от этих двух нейронов; поэтому вы не сможете наблюдать средние нейроны. Тем не менее, вы сможете вести запись от нейрона с правой стороны, которая находится ближе к записывающему электроду. В этой записи вы получите очень четкое изображение всего с одного нейрона, что нравится нам нейробиологам.И почему? Мы вернемся к этому позже.

    Но пока в этом эксперименте мы рассмотрим различные конфигурации регистрирующих электродов и заземляющих электродов.

    Процедура

    Примечание: в этом эксперименте мы говорим о «заземляющем» и «записывающем» электродах, но вы можете произвольно решить, какой из ваших электродов вы будете называть записывающим электродом, а какой - заземлением.

    Материалы
    Для этого эксперимента вам понадобятся:
    1. Стандартный SpikerBox с подготовкой для ног таракана
    2. Если вы хотите записать свои данные, патч-кабель или кабель для смартфона
    Это оно!
    ступеней
    1. Настройте свой компьютер / мобильное устройство для записи и подготовьте лапу таракана, как описано ранее.
    2. Вставьте записывающий электрод в бедренную кость, а заземляющий (контрольный) электрод в тазовую кость, как показано ниже.
    3. Ударьте по ноге вашего таракана. Обратите внимание на то, является ли ответ широким «свистом» нейронной активности или это индивидуальная тренировка спайков.
    4. Осторожно коснитесь зубочисткой зазубрин на ножке. Обратите внимание, является ли ответ "свист" или индивидуальный спайк-шлейф.
    5. Теперь переместите заземляющий электрод в бедренную кость вместе с регистрирующим электродом, как показано ниже.
    6. Повторите шаги 3-4, как указано выше.
    7. Наконец, переместите заземляющий и регистрирующий электрод в тазик, как показано ниже.

      Что ты заметил? Вы можете объяснить разницу? Вот классическая статья о нейроанатомии ног таракана 1954 года, которая может помочь.

      Вопросы для обсуждения

      1. Что такое напряжение? Когда указывается напряжение, это абсолютное число или дифференциальное значение?
      2. В этом эксперименте вы узнали, что происходит, когда вы перемещаете землю и записываете электроды в новое место.Как вы думаете, что произойдет, если вы просто поменяете местами ваши «заземляющий» и «записывающий» электроды в первой конфигурации, переместив «землю» на бедренную кость, а «записывающий электрод» на тазик?
      3. При наличии одного электрода в тазовой и бедренной корешках обычно наблюдается значительная «фоновая активность». Как это изменится, когда вы поместите оба электрода в бедренную кость? по сравнению с обоими электродами в тазике?

      Видео

      Примечание. Вы также можете провести этот эксперимент со сверчками, если у вас нет доступа к тараканам.Обычно сверчков можно купить в местных зоомагазинах. Смотрите видео:

    Методы измерения сопротивления | Экологическая геофизика

    Введение

    Измерение удельного электрического сопротивления поверхности основано на принципе что распределение электрического потенциала в земле вокруг токоведущий электрод зависит от электрического удельные сопротивления и распределение окружающих почв и горные породы.Обычной практикой в ​​этой области является применение электрический постоянный ток (DC) между двумя электродами, имплантированными в землю и измерить разность потенциалов между двумя дополнительные электроды, не пропускающие ток. Обычно потенциальные электроды находятся на одной линии между токовыми электродами, но в принципе они могут располагаться где угодно. Электрический ток используется либо постоянный ток, либо коммутируемый постоянный ток (т. е. прямоугольный переменный ток) или переменный ток низкой частоты (обычно около 20 Гц).Весь анализ и интерпретация выполняются на основа постоянных токов. Распределение потенциала может теоретически связаны с удельным сопротивлением грунта и их распределение для некоторых простых случаев, в частности, случай горизонтально-слоистый грунт и случай однородных масс разделены вертикальными плоскостями (например, вертикальный разлом с большим бросок или вертикальная дамба). Для других видов удельного сопротивления распределений, интерпретация обычно выполняется качественными сравнение наблюдаемого ответа с идеализированным гипотетическим модели или на основе эмпирических методов.

    Минеральные зерна, состоящие из почв и горных пород, по существу непроводящий, за исключением некоторых экзотических материалов, таких как металлический руды, поэтому сопротивление грунтов и горных пород регулируется в первую очередь по количеству поровой воды, ее удельному сопротивлению и расположению пор. Поскольку различия литологии сопровождаемые перепадами удельного сопротивления, измерения удельного сопротивления могут быть полезным при обнаружении тел из аномальных материалов или в оценка глубины поверхности коренных пород.В грубом виде зернистые почвы, поверхность грунтовых вод обычно отмечается резкое изменение водонасыщенности и, следовательно, изменение удельное сопротивление. Однако в мелкозернистых почвах может отсутствовать такое изменение удельного сопротивления, совпадающее с пьезометрическим поверхность. Как правило, поскольку удельное сопротивление почвы или породы контролируется в первую очередь состоянием поровой воды, есть широкий диапазон удельного сопротивления для любого конкретного типа почвы или породы, и значения удельного сопротивления не могут быть напрямую интерпретированы с точки зрения тип почвы или литология.Однако обычно зоны отличительное удельное сопротивление может быть связано с конкретной почвой или горные породы на основе информации о месторождении или буровой скважине, и измерения удельного сопротивления могут быть выгодно использованы для расширения месторождения исследования в областях с очень ограниченными или несуществующими данные. Кроме того, измерения удельного сопротивления могут использоваться в качестве метод разведки, чтобы обнаружить аномалии, которые могут быть исследованы дополнительными геофизическими методами и / или бурением дыры.

    Метод электрического сопротивления имеет некоторые присущие ограничения, влияющие на разрешение и точность, которые можно ожидать от него. Как и все методы, использующие измерения потенциального поля, значение измерения, полученное при любом местоположение представляет собой средневзвешенное значение эффектов, произведенных за большой объем материала, при этом соседние части вносят свой вклад очень сильно. Это приводит к плавным кривым, которые не поддаются интерпретации с высоким разрешением. Еще одна общая черта всех методов геофизики потенциальных полей. заключается в том, что определенное распределение потенциала на земле поверхность обычно не имеет однозначной интерпретации. Хотя эти ограничения следует признать, неединственность или неоднозначность метода сопротивления едва ли меньше, чем с другие геофизические методы. По этим причинам это всегда рекомендуется использовать несколько дополнительных геофизических методов в комплексной программе геологоразведки, а не полагаться на единый метод разведки.

    Теория

    Данные измерений удельного сопротивления обычно представлены и интерпретируются в виде значений очевидных удельное сопротивление ρ a . Кажущееся удельное сопротивление определяется как удельное сопротивление электрически однородного и изотропного полупространства, которое дают измеренное соотношение между приложенным током и разность потенциалов для конкретного расположения и расстояния между электроды.Уравнение, определяющее кажущееся сопротивление в условия приложенного тока, распределения потенциала и расположение электродов может быть достигнуто путем осмотра распределения потенциала за счет одиночного тока электрод. Влияние пары электродов (или любой другой комбинация) можно найти суперпозицией. Рассмотрим сингл точечный электрод, расположенный на границе полубесконечного, электрически однородная среда, представляющая фиктивную однородная земля.Если электрод пропускает ток I, измеряется в амперах (а), потенциал в любой точке среды или на границе дает:

    (1)

    где

    U = потенциал, в В,

    ρ = удельное сопротивление среды,

    r = расстояние от электрода.

    Математическая демонстрация вывода уравнения можно найти в учебниках по геофизике, например в учебниках Келлера и Фришкнехт (1966).

    Для пары электродов с током I на электроде A и -I при электрод B (рисунок 1), потенциал в точке задается алгебраическая сумма индивидуальных взносов:

    (2)

    где

    r A и r B = расстояния от точки до электроды A и B

    На рисунке 1 показано электрическое поле вокруг двух электродов. с точки зрения эквипотенциальных и токовых линий.В эквипотенциалы представляют собой оболочки изображений или чаши, окружающие токовые электроды, и на любом из которых электрические потенциал везде одинаков. Текущие строки представляют собой выборка бесконечного множества путей, по которым идет ток, пути, которые определяются условием, что они должны быть везде нормально к эквипотенциальным поверхностям.

    Фигура 1.Эквипотенциальные и токовые линии для пары токовые электроды A и B на однородном полупространстве.

    Помимо токовых электродов A и B, На рисунке 1 изображена пара электродов M и N, на которых нет ток, но между которыми разность потенциалов V может быть измеряется. Следуя предыдущему уравнению, потенциал разница В может быть письменный

    (3)

    где

    U M и U N = потенциалы при M и N,

    AM = расстояние между электродами A и М и др.

    Эти расстояния всегда актуальны. расстояния между соответствующими электродами, независимо от того, лежать на линии. Количество в скобках - это функция. только различное расстояние между электродами. Количество обозначается 1/ K , что позволяет переписать уравнение как:

    (4)

    где

    K = геометрический фактор массива.

    Уравнение 58 может быть решено для ρ получить:

    (5)

    Удельное сопротивление среды можно найти по измеренным значениям В , I и K , геометрический фактор. K - это функция только геометрии расположения электродов.

    Кажущееся сопротивление

    Везде, где эти измерения производятся на реальная неоднородная земля, в отличие от фиктивной однородного полупространства символ ρ заменяется на ρ a для кажущееся сопротивление. Проблема измерения удельного сопротивления заключается в следующем: сводится к своей сути, использование значений кажущегося сопротивления из полевые наблюдения в разных местах и ​​с разными электродами конфигурации для оценки истинных сопротивлений нескольких земляные материалы, присутствующие на участке, и для определения их границ пространственно ниже поверхности сайта.

    Массив электродов с постоянный интервал используется для исследования боковых изменений видимых удельное сопротивление, отражающее латеральную геологическую изменчивость или локализованное аномальные особенности. Для исследования изменений удельного сопротивления с глубиной размер электродной решетки варьируется. В кажущееся удельное сопротивление зависит от материала во все большей степени. большая глубина (следовательно, больший объем), поскольку расстояние между электродами выросла.Из-за этого эффекта график очевидного сопротивление относительно расстояния между электродами может использоваться для указания вертикальные вариации удельного сопротивления.

    Типы электродных решеток, которые наиболее обычно используются (Schlumberger, Wenner и диполь-диполь): показано на рисунке 2. Есть и другие электроды. конфигурации, которые используются экспериментально или для негеотехнических проблемы или сегодня не пользуются большой популярностью.Что-нибудь из этого включают Ли, полушлюмберже, полярный диполь, бипольный диполь, и градиентные массивы. В любом случае геометрический фактор для любая четырехэлектродная система может быть найдена из уравнения 3 и может быть разработан для более сложных систем с использованием правила проиллюстрировано уравнением 2. Это также можно увидеть из уравнения 58, что токовые и потенциальные электроды можно менять местами. не влияя на результаты; это свойство называется взаимность.

    Массив Шлюмберже

    Для этого массива (рисунок 2а) в пределе как a стремится к нулю, величина V / a приближается к значению градиента потенциала в середине массива. На практике чувствительность приборы ограничивают отношение с к a и обычно удерживает его в пределах примерно от 3 до 30.Поэтому типичной практикой является использование конечного расстояние между электродами и уравнение 2 для вычисления геометрического фактора (Келлер и Фришкнехт, 1966). Кажущееся сопротивление (r) составляет:

    (6)

    При обычных полевых операциях внутреннее (потенциальные) электроды остаются неподвижными, а внешние (токовые) электроды регулируются для изменения расстояния с . Расстояние a составляет настраивается при необходимости из-за снижения чувствительности измерение. Интервал a должен никогда не быть больше 0,4 с или Предположение о потенциальном градиенте больше не действует. Также, и интервал иногда можно отрегулировать с помощью с поддерживается постоянным для обнаружения присутствия локальных неоднородности или боковые изменения в окрестности потенциальные электроды.

    Массив Веннера

    Этот массив (рисунок 2b) состоит из четырех электроды в линию, разделенные равными интервалами, обозначаются а . Применяя уравнение 2, пользователь обнаружит, что геометрический коэффициент K равен a , поэтому кажущееся сопротивление определяется по формуле:

    (7)

    Хотя массив Шлюмберже всегда был предпочтительным массивом в Европе до недавнего времени использовался массив Веннера больше значительно больше, чем массив Schlumberger в США. При съемке с различным расстоянием между электродами полевые работы с массив Шлюмберже быстрее, потому что все четыре электрода массив Веннера перемещается между последовательными наблюдениями, но с массивом Шлюмберже только внешние должны быть взолнованный. Также говорят, что массив Шлюмберже превосходит различая латеральные и вертикальные вариации в удельное сопротивление. С другой стороны, массив Веннера требует меньше чувствительность инструмента, и обработка данных немного проще.

    Рисунок 2. Конфигурация электродной решетки для измерения удельного сопротивления. измерения.

    Диполь-дипольная решетка

    Диполь-дипольная решетка (рисунок 2c) - это одна член семейства решеток, использующих диполи (близко расположенные пары электродов) для измерения кривизны потенциала поле. Если расстояние между обеими парами электродов тот же а, и расстояние между центрами диполей ограничено на номер a (n + 1) , кажущееся сопротивление определяется по формуле:

    (8)

    Этот массив особенно полезен для измерения изменений бокового удельного сопротивления и все чаще используется в геотехнических приложениях.

    Глубина расследования

    Чтобы проиллюстрировать основные особенности соотношение между кажущимся сопротивлением и расстоянием между электродами, На рисунке 3 показана гипотетическая модель земли и некоторые гипотетические кривые кажущегося сопротивления. Модель земли имеет поверхность слой удельного сопротивления ρ1 и слой удельного сопротивления фундамента ρn, который простирается вниз до бесконечности (рисунок 3a).Там могут быть промежуточными слоями произвольной толщины и удельные сопротивления. Расстояние между электродами может быть равно Веннеру. шаг a или интервал Шлюмберже a ; кривые кажущегося сопротивления в зависимости от расстояния будут иметь одинаковая общая форма для обоих массивов, хотя они не будут в целом совпадают.

    Для малых расстояний между электродами кажущееся сопротивление близко к удельное сопротивление поверхностного слоя, тогда как при больших расстояниях между электродами он приближается к удельному сопротивлению цокольного слоя.Каждый кривая кажущегося сопротивления, таким образом, имеет две асимптоты: горизонтальная линии ρ a = ρ 1 и ρ a = ρ n , что приближается к экстремальным значениям расстояние между электродами. Это верно, если ρ n больше, чем ρ 1 , как показано на рисунке 3b, или обеспечить регресс. Поведение кривой между областями, где он приближается к асимптотам, зависит от распределения удельные сопротивления в промежуточных слоях.Кривая A представляет случай, когда имеется промежуточный слой с удельным сопротивлением больше, чем ρ n . Поведение кривой B напоминает таковой для двухслойного случая или случая, когда удельные сопротивления увеличиваются с поверхности до подвала. Кривая могла бы выглядеть как кривая C, если бы был промежуточный слой с удельное сопротивление ниже ρ 1. К сожалению для интерпретатор, ни максимум кривой A, ни минимум кривой кривая C достигает истинных значений удельного сопротивления для промежуточных слои, хотя они могут быть близкими, если слои очень толстые.

    Нет простой связи между расстояние между электродами, при котором характеристики кажущегося сопротивления кривая расположены, а глубины до границ раздела между слои. Глубина исследования будет ВСЕГДА быть меньше расстояния между электродами. Как правило, максимальное расстояние между электродами в три или более раз превышает глубина интереса необходима, чтобы гарантировать, что достаточно данных было получено.Лучшее общее руководство для использования в полевых условиях: построить кривую кажущегося сопротивления (рис. 2b) в качестве съемки прогрессирует, так что можно судить, есть ли асимптотическая фаза кривой была достигнута.

    Рисунок 3. Асимптотика кажущегося сопротивления. кривые на очень маленьких и очень большие расстояния между электродами.

    Приборы и измерения

    Теория и полевые методы, используемые для исследований удельного сопротивления, основаны на от использования постоянного тока, потому что он позволяет большую глубину исследования, чем переменный ток, и потому что он позволяет избежать сложности, вызванные влиянием индуктивности и емкости заземления и результирующая частотная зависимость удельного сопротивления.Тем не мение, на практике реальный постоянный ток редко используется для двух причины: (1) электроды постоянного тока производят поляризованные поля ионизации в электролитах вокруг них, и эти поля создают дополнительные электродвижущие силы, которые вызывают ток и потенциалы в земле отличаться от таковых в электроды; и (2) естественные токи Земли (теллурические токи) и спонтанные потенциалы, которые по существу однонаправлены или медленно меняющиеся во времени, индуцируют потенциалы в дополнение к тем, которые вызывают приложенным током.Последствия этих явлений, как а также любые другие, которые производят однонаправленные компоненты текущие или потенциальные градиенты уменьшаются за счет использования переменного тока, потому что поляризованные поля ионизации не имеют достаточно времени, чтобы развиться за полупериод, и переменная составляющая отклика может быть измерена независимо любых наложенных постоянных токов. Используемые частоты: очень низкий, обычно ниже 20 Гц, так что измеренный удельное сопротивление по существу такое же, как у постоянного тока удельное сопротивление.

    По идее, постоянный ток (I) или переменный ток низкой частоты, приложенный к току электроды, а ток измеряется амперметром. Независимо от потенциальных электродов измеряется разность потенциалов В , и в идеале не должно быть тока, протекающего между потенциалом электроды. Это достигается либо с помощью нулевого баланса гальванометр (старая технология) или очень высокий входной импеданс операционные усилители.Некоторые приборы для измерения удельного сопротивления имеют отдельные «отправляющие» и «принимающие» блоки для тока и потенциала; но в обычной практике схема измерения потенциала выводится от того же источника, что и потенциал через ток электроды, так что колебания напряжения питания влияют на оба одинаково и не влияют на точку баланса.

    Питание обычно осуществляется от сухих аккумуляторных батарей в меньших инструменты и двигатели-генераторы в более крупных инструментах. От 90 В до нескольких сотен вольт можно использовать через токовые электроды в изысканиях инженерного назначения. В В устройствах с батарейным питанием ток обычно небольшой и составляет применяется только на очень короткое время, пока потенциал измеряется, поэтому расход батареи низкий. Следует проявлять осторожность НИКОГДА не подавайте напряжение на электроды во время работы с ними, потому что с приложенными потенциалами в сотни вольт, ОПАСНО И Это может привести к ПОТЕНЦИАЛЬНО СМЕРТЕЛЬНЫМ ударам.

    Токовые электроды переменного тока (или коммутируемые постоянного тока) инструменты обычно представляют собой колья из бронзы, меди, сталь с бронзовыми кожухами или, что менее желательно, сталь, около 50 см. в длину. Их нужно вогнать в землю достаточно глубоко, чтобы установить хороший электрический контакт. Если есть трудности, потому что высокого контактного сопротивления между электродами и почвой, может иногда можно облегчить, облив соленой водой вокруг электроды.Многие приборы для измерения удельного сопротивления включают амперметр. чтобы убедиться, что ток между токовыми электродами равен приемлемый уровень, желательная характеристика. Прочие инструменты просто выведите необходимую разность потенциалов для управления выбранным ток в токовые электроды. Типичные токи в инструменты, используемые для инженерных приложений, находятся в диапазоне от 2 мА до 500 мА. Если сила тока слишком мала, чувствительность измерение ухудшено.Проблема может быть исправлена улучшение электрических контактов на электродах. Тем не мение, если проблема связана с высоким удельным сопротивлением земли и большое расстояние между электродами, выходом является увеличение напряжения поперек токовых электродов. Где земля слишком твердая или непросто, чтобы сделать ставки, распространенной альтернативой являются листы алюминиевая фольга, закапанная в неглубоких углублениях или в небольших насыпях земли и намочили.

    Одним из преимуществ четырехэлектродного метода является то, что измерения не чувствителен к контактному сопротивлению на потенциальных электродах, поэтому до тех пор, пока он достаточно низкий, чтобы можно было произвести измерение, потому что наблюдения производятся с настройкой системы таким образом, чтобы ток в потенциальных электродах. При нулевом токе фактическое значение контактного сопротивления несущественно, так как оно не повлиять на потенциал.На токовых электродах также фактическое значение контактного сопротивления не влияет на измерение, до тех пор, пока он достаточно мал, чтобы получить удовлетворительный ток получен, и пока нет большой разницы между два электрода. Контактное сопротивление влияет на отношения между током и потенциалами на электродах, но поскольку используется только измеренное значение тока, потенциалы на эти электроды не фигурируют в теории или интерпретации.

    При использовании постоянного тока должны быть приняты специальные меры для устранить эффекты поляризации электродов и теллурических токи. Неполяризующий электрод выпускается в виде пористого неглазурованного керамического горшка с центральным металлический электрод, обычно медный, заполненный жидкостью электролит, который представляет собой насыщенный раствор соли того же металл (с медью используется медный купорос).Центральный электрод подключен к прибору, а электрический контакт с землей производится через электролит в порах керамический горшок. Этот тип электрода может быть полезен для использование на горных породах, где приводятся электроды стержневого типа. трудный. Хороший контакт горшка с землей можно помогает убрать траву и листья под ней, заделать ее немного в почву, а если земля сухая, подсыпать небольшой количество воды на поверхности перед тем, как поставить горшок.В кастрюли необходимо наполнить электролитом за несколько часов до того, как они будут используется, чтобы позволить электролиту проникнуть в мелкие поры керамический. Пористые электролизеры следует проверять каждый раз. несколько часов в течение рабочего дня для проверки уровня электролита и наличие твердой соли для поддержания насыщенного решение.

    Теллурические токи возникают в природе электрические поля, которые широко распространены, некоторые из которых имеют глобальный шкала.Обычно они невелики по величине, но могут быть очень большими. большие во время солнечных вспышек или если они дополняются токами искусственного происхождения. Спонтанные потенциалы на Земле могут быть генерируется гальваническими явлениями вокруг электрохимически активных материалы, такие как трубы, трубопроводы, захороненный лом, золы и рудные месторождения. Они также могут быть потоковыми потенциалы, создаваемые движением грунтовых вод. (Электрический поля, связанные с движением грунтовых вод, будут иметь наибольшую амплитуда при высоких расходах грунтовых вод, например, через подземный поток в открытом русле.Движение грунтовых вод в карсте области могут демонстрировать быстрый поток через растворенные каналы внутри рок. Источники и подземный поток могут быть причиной теллурические источники, которые могут скрывать удельное сопротивление измерения.) Теллурические токи и спонтанный потенциал эффекты могут быть компенсированы применением потенциала смещения для баланса потенциальные электроды перед подачей тока электроды. Поскольку теллурические токи обычно меняются в зависимости от время, может потребоваться частая корректировка потенциала смещения в ходе наблюдения.Если инструмент отсутствует положение о применении потенциала смещения, менее удовлетворительной альтернативой является использование переключателя полярности для снимать показания с попеременно обратными направлениями тока в токовые электроды. Средние значения V и I для направления прямого и обратного тока затем используются для вычисления кажущееся сопротивление.

    Расположение электродов должно производиться непроводящим измерительным ленты, так как ленты из токопроводящих материалов, оставленные на земле во время измерения может влиять на кажущееся сопротивление значения.На измерения удельного сопротивления также могут влиять металлические заборы, рельсы, трубы или другие проводники, которые могут индуцировать спонтанные потенциалы и обеспечивать пути короткого замыкания для электрический ток. Эффекты таких линейных проводников, как эти можно свести к минимуму, но не исключить, разложив электрод массив на линии, перпендикулярной проводнику; но в некоторых мест, таких как некоторые городские районы, может быть так много проводящие тела в непосредственной близости, что это не может быть сделано. Кроме того, электрические шумы от линий электропередач, кабелей или других источников. может помешать измерениям. Из-за почти повсеместный шум от источников питания 60 Гц в США, использование 60 Гц или его гармоник в приборах для измерения сопротивления не допускается. желательно. В некоторых случаях на качество данных влияет электрический шум может быть уменьшен путем усреднения значений, полученных из ряд наблюдений; иногда электрический шум возникает из-за временные источники, поэтому более точные измерения могут быть получены ожидая улучшения условий.Иногда эмбиент электрические шумы и другие мешающие факторы на объекте могут вызвать съемка удельного сопротивления невозможна. Современное сопротивление инструменты имеют возможность усреднения или суммирования данных; это позволяет проводить измерения удельного сопротивления, несмотря на самый шумный участок условий и улучшить отношение сигнал / шум для слабых сигналов.

    Сбор данных

    Исследования удельного сопротивления проводятся для удовлетворения потребностей двух отдельных различные виды проблем интерпретации: (1) изменение удельного сопротивления с глубиной, более или менее отражающее горизонтальное расслоение грунтовых материалов; и (2) боковой вариации удельного сопротивления, которые могут указывать на линзы почвы, изолированные рудные тела, разломы или полости.Для первого вида проблема, измерения кажущегося сопротивления производятся на одном местоположение (или вокруг одной центральной точки) с систематическим различное расстояние между электродами. Эта процедура иногда называется вертикальным электрическим зондированием (VES) или вертикальным профилирование. Обследование боковых отклонений может быть произведено на месте. или местоположения сетки или вдоль определенных линий хода, процедура иногда называется горизонтальным профилированием.

    Рис. 4. Система сбора данных об удельном сопротивлении постоянному току, развернутая для определения характеристик площадки (http://water.usgs.gov/ogw/bgas/toxics/NAWC-surface.html). Это изображение предоставлено для демонстрационных целей и не предназначено для одобрения использования этого продукта.

    Вертикальное электрическое зондирование (VES ) - 1D Imaging

    Либо Шлюмберже, либо, что менее эффективно, массив Веннера используется для зондирования, так как все общедоступные интерпретации методы и средства интерпретации для зондирования основаны на этих двух массивы.При использовании любого метода центральная точка массив хранится в фиксированном месте, а расположение электродов разнообразны вокруг него. Значения кажущегося сопротивления и истолкованные из них глубины слоя, относятся к центру точка.

    В решетке Веннера электроды расположены на расстоянии a / 2 и 3a / 2 от центральной точки. Самый удобный способ Расположение электродных станций заключается в использовании двух измерительных лент, прикрепленных булавками. с их нулевыми концами в центральной точке и отходящими от центр в противоположных направлениях.После каждого чтения каждый потенциальный электрод выдвинут на половину шага электрода расстояние, а каждый токовый электрод выдвигается в 1,5 раза приращение. Используемое приращение зависит от методы интерпретации, которые будут применяться. В большинстве методы интерпретации, кривые отбираются в логарифмическом разнесенные точки. Соотношение между последовательными интервалами может быть полученное из соотношения

    (9)

    где

    n = количество точки, которые должны быть нанесены на график в каждом логарифмическом цикл.

    Например, если требуется шесть баллов за каждый цикл логарифмического графика, затем каждый интервал a будет в 1,47 раза больше предыдущего интервала. Последовательность, начиная с 10 м, будет тогда 10, 14,7, 21,5, 31,6, 46.4, 68.2, которые для удобства разметки и черчения можно было бы округляется до 10, 15, 20, 30, 45, 70. В следующем цикле интервалы будут 100, 150, 200 и так далее.Шесть баллов за цикл - минимальный рекомендуемый; 10, 12 или даже больше за цикл может понадобиться в шумных местах.

    Обзоры VES с массивом Schlumberger также выполнен с фиксированной центральной точкой. Первоначальный шаг с (расстояние от центра массива до один из токовых электродов), а ток электроды выдвигаются наружу вместе с потенциальными электродами фиксированный.Согласно Ван Ностранду и Куку (1966), ошибки в кажущееся сопротивление находится в пределах от 2 до 3 процентов, если расстояние между потенциальными электродами не превышает 2 с /5. Таким образом, потенциальное расстояние между электродами определяется минимальное значение с . Как с увеличивается, чувствительность потенциала измерение уменьшается; поэтому в какой-то момент, если s станет достаточно большим, необходимо будет увеличить потенциальное расстояние между электродами.Приращения в s обычно должно быть логарифмическим и может быть выбрано в так же, как описано для массива Веннера.

    Для любого типа электродной решетки минимум и максимальные интервалы регулируются необходимостью определения асимптотические фазы кривой кажущегося сопротивления и необходимые глубина исследования. Зачастую максимум полезного расстояние между электродами ограничено доступным временем, топографией участка или боковые вариации удельного сопротивления.С целью при планировании обследования максимальное расстояние между электродами не менее трех раз можно использовать глубину интереса, но очевидное Кривая удельного сопротивления должна быть построена по мере продвижения съемки в чтобы судить о том, было ли получено достаточно данных. Также прогрессивный график можно использовать для обнаружения ошибок в показаниях. или ложные значения удельного сопротивления из-за местных эффектов. Образец Листы полевых данных показаны на рисунках с 4 по 6.

    Рисунок 4. Пример листка технических данных для вертикальной компании Schlumberger. звучание.

    Рисунок 5. Пример таблицы данных для массива Веннера.

    Фигура 6. Пример таблицы диполь-диполей.

    В обычной серии наблюдений полное сопротивление, R = V / I , уменьшается с увеличением расстояния между электродами.Изредка, нормальные отношения могут быть обратными для одного или нескольких чтения. Если эти развороты не являются результатом ошибок в чтение, они вызваны какими-то боковыми или локальными изменениями в удельном сопротивлении почвы или скальной породы. Такой эффект может быть вызвано тем, что один токовый электрод помещен в материал с большой более высокое удельное сопротивление, чем вокруг другого, например, в карман из сухого гравия, соприкасающийся с валуном из высокопрочного рок или близко к пустой полости.Систематические развороты могут быть вызвано истончением поверхностного проводящего слоя, где нижележащий устойчивый слой приближается к поверхности, потому что он опускается круто или из-за рельефа поверхности. В холмистой местности, линию электродов следует прокладывать по контуру, если возможный. Известно, что грядки крутые (более около 10 градусов), линию следует провести по наносить удар. Электроды не следует размещать в непосредственной близости от валунов, поэтому иногда может потребоваться смещение отдельных электроды подальше от линии.Теоретически правильный способ смещения одного электрода, например токового электрода A, было бы поместить его в новое положение A 'так, чтобы геометрический коэффициент K без изменений. Это условие было бы удовлетворяется (см. уравнение 10), если

    (10)

    Если расстояние между электродами велико по сравнению с количеством сдвиг, удовлетворительно перемещать электрод по линии перпендикулярно массиву.Для больших смен разумный приближение заключается в перемещении электрода по дуге с центром на ближайший потенциальный электрод, пока он не перемещается более чем на около 45 ° от линия.

    График кажущегося сопротивления в зависимости от расстояния всегда гладкий. кривая, где она определяется только вертикальным изменением удельное сопротивление. Изменения сопротивления и неровности в кривая кажущегося сопротивления, если не из-за ошибок, оба указывают боковые изменения и требуют дальнейшего исследования.С Веннера модификация Ли может быть использована для обнаружения отличия от одной стороны массива к другой, и дальнейшее проверку можно произвести, сняв второй набор показаний в то же время. расположение, но на перпендикулярной линии. Где Schlumberger используется массив, изменение расстояния между потенциальными электродами может вызывают смещение кривой кажущегося сопротивления в результате боковая неоднородность. Такое смещение может происходить как общая сдвиг кривой без особого изменения ее формы (Zohdy, 1968 г.).В таких условиях причина смещения может часто определяется повторением частей звучания с различное расстояние между потенциальными электродами.

    Горизонтальное профилирование - 1D изображение

    Исследования боковых изменений удельного сопротивления могут быть полезны для исследование любых геологических особенностей, которые, как можно ожидать, предлагают контраст удельного сопротивления с окружающей средой.Депозиты гравия, особенно ненасыщенного, обладают высоким удельным сопротивлением и успешно разведаны резистивными методами. Круто падающие разломы могут быть локализованы с помощью траверсов сопротивления. пересечение предполагаемой линии разлома, если имеется достаточно контраст удельного сопротивления между породами по обе стороны от вина. Полости для раствора или отверстия в стыках могут быть обнаружены как аномалия высокого удельного сопротивления, если они открыты, или низкое удельное сопротивление аномалия, если они заполнены почвой или водой.

    Исследования удельного сопротивления для изучения аэрогеологии проводятся сделано с фиксированным расстоянием между электродами, перемещая массив между последовательные измерения. Горизонтальное профилирование само по себе означает перемещение массива по линии траверса, хотя и по горизонтали вариации также могут быть исследованы путем индивидуальных измерений. в точках сетки. Если симметричный массив, такой как Используется массив Шлюмберже или Веннера, значение удельного сопротивления полученное связано с расположением центра множество.Обычно сначала выполняется вертикальное обследование, чтобы определить наилучшее расстояние между электродами. Любые доступные геологическая информация, такая как глубина особенностей интерес, также следует учитывать при принятии этого решения, которое определяет эффективную глубину расследования. Расстояние между соседние станции удельного сопротивления или тонкость сетки определяет разрешение деталей, которое может быть получено. Это очень во многом зависит от глубины функций и достижимости разрешение уменьшается с глубиной.Как правило, расстояние между станциями сопротивлений должно быть меньше, чем ширина самого маленького объекта для обнаружения или меньше, чем Требуемое разрешение в месте расположения боковых границ.

    Полевые данные могут быть нанесены в виде профилей или изолиний на карта исследуемой территории. Для контурной карты удельное сопротивление данные, полученные в точках сетки, предпочтительнее данных, полученных из линии профиля, если линии не расположены близко друг к другу, потому что выравнивание данных по профилям имеет тенденцию искажать контурную карту и придает ему искусственную зернистость, которая отвлекает и мешает с интерпретацией карты.Лучший метод данных коллекция для контурной карты должна использовать квадратную сетку или, по крайней мере, набор станций с равномерным покрытием территории и без направленный уклон.

    Иногда сочетание вертикальных и горизонтальных методов может использоваться. Если требуется картирование глубины до коренной породы, вертикальное зондирование может производиться на каждой сетке набора точки. Однако до того, как будет принято обязательство комплексное обследование такого типа, результаты удельного сопротивления исследования на нескольких станциях следует сравнивать с буровым отверстием журналы.Если сравнение показывает, что надежные количественные может быть сделана интерпретация удельного сопротивления, съемка может быть распространяется на интересующую область.

    Когда профилирование выполняется с помощью массива Веннера, удобно используйте расстояние между станциями, равное расстоянию между электродами, если это совместимо с требованиями задачи и условия сайта. При перемещении массива крайний задний электрод нужно только переместить на шаг впереди переднего электрода на расстояние равно расстоянию между электродами.Затем кабели повторно подключен к нужным электродам, и следующее показание будет сделал. Однако с массивом Schlumberger весь набор электроды необходимо перемещать между станциями.

    Обнаружение полостей

    Подповерхностные полости чаще всего встречаются как полости для раствора в карбонатные породы. Они могут быть пустыми, заполненными землей или вода. При благоприятных обстоятельствах любой из этих типов может предложить хороший контраст удельного сопротивления с окружающей породой, так как карбонат породы, за исключением пористых и насыщенных, обычно имеют высокие сопротивления, в то время как грунтовые или водные насыпи обычно проводящий, а воздух в пустой полости по существу непроводящий.Массивы Веннера или Шлюмберже могут использоваться с горизонтальное профилирование для обнаружения возникающих аномалий удельного сопротивления полостями, хотя сообщения в литературе указывают на смешанные успех. Вероятность успеха этим методом зависит от условий участка и использования оптимального сочетания расстояние между электродами и интервал между последовательными станциями. Многие из неудачных опросов тоже проводятся с интервалом. большой, чтобы устранить искомые аномалии.

    Интерпретация данных вертикального электрического зондирования

    Проблема интерпретации данных VES заключается в использовании кривой кажущееся сопротивление в зависимости от расстояния между электродами, построенное по полю измерений, для получения параметров геоэлектрического раздел: удельные сопротивления и толщины слоев. Из при заданном наборе параметров слоя всегда можно вычислить кажущееся удельное сопротивление как функция расстояния между электродами (VES изгиб).К сожалению, для обратной проблемы как правило, невозможно получить однозначное решение. Там это взаимодействие между толщиной и удельным сопротивлением; может быть анизотропия сопротивления в некоторых пластах; большие различия в геоэлектрический разрез, особенно на глубине, дает небольшие различия в кажущемся сопротивлении; и точность поля измерения ограничены естественной изменчивостью поверхности почвы и рок, и по инструментальным возможностям.Как результат, различные секции могут быть электрически эквивалентны в пределах практические пределы точности полевых измерений.

    Чтобы справиться с проблемой неоднозначности, интерпретатор должен проверить все интерпретации путем расчета теоретической кривой VES для интерпретированный раздел и сравнение его с кривой поля. Должен применяться тест на геологическую обоснованность. В в частности, истолкованные тонкие пласты с неоправданно высокими контрасты удельного сопротивления могут быть артефактами интерпретации а не реальные возможности.Корректировки интерпретируемого значения могут быть получены на основе рассчитанных кривых VES и проверено путем вычисления новых кривых. Из-за точности ограничения, вызванные инструментальными и геологическими факторами, усилием не следует тратить зря на излишнюю доработку интерпретация. В качестве примера предположим, что набор полевых данных и трехслойная теоретическая кривая согласуются в пределах 10 процентов. Добавляем несколько тонких слоев для достижения идеальной посадки 2 процента редко лучше с геологической точки зрения.

    Все методы прямой интерпретации, кроме некоторых эмпирических и полуэмпирические методы, такие как кумулятивный метод Мура и Метод слоя Барнса, которого следует избегать, полагайтесь на кривую сопоставление в какой-либо форме для получения параметров слоя. Так как теоретические кривые всегда гладкие, кривые поля должны сгладить, прежде чем приступить к их интерпретации, чтобы удалить очевидные ошибки наблюдений и эффекты латеральной изменчивости. Отдельные точечные всплески сопротивления удаляются, а не интерполированный. Кривые следует проверять на предмет очевидного искажение из-за эффектов боковых колебаний.

    Сравнение с теоретическими многослойными кривыми полезно в обнаружение такого искажения. Условия на сайте должны быть считается; чрезмерное падение подповерхностных пластов по длине съемки линия (более 10 процентов), неблагоприятный рельеф или известная высокая латеральная изменчивость свойств почвы или горных пород может быть причины отклонить полевые данные как непригодные для интерпретации в с точки зрения простого вертикального изменения удельного сопротивления.

    Самый простой многослойный случай - это одиночный слой конечной толщины, перекрывающий однородное полупространство разное удельное сопротивление. Кривые ВЭС для этого случая различаются в относительно простой способ, а полный набор справочных кривых может быть напечатано на одном листе бумаги. Стандартные двухслойные кривые для массива Schlumberger показаны на рисунке 7. Кривые нанесены в логарифмическом масштабе как по горизонтали, так и по вертикали, и нормируются путем построения отношения кажущегося сопротивления к удельное сопротивление первого слоя (ρa / ρ1) в зависимости от отношения расстояние между электродами до толщины первого слоя (a / d1).Каждый кривая семейства представляет собой одно значение параметра k , который определяется

    (11)

    Кажущееся сопротивление для малых расстояний между электродами приближается к ρ 1 и для подходов с большими шагами ρ 2; эти кривые начинаются в ρ a / ρ 1 = 1, и асимптотически подход ρ a / ρ 1 = ρ 2 / ρ 1 .

    Любая двухслойная кривая для определенного значения k или для определенное соотношение удельных сопротивлений слоев, должно иметь одинаковую форму на логарифмическом графике как соответствующая стандартная кривая. Отличается только горизонтальным и вертикальным смещениями, которые равны к логарифмам толщины и удельного сопротивления первого слой. Ранний (т.е. соответствующий меньшему расстояние между электродами) часть более сложных многослойных кривых также может быть подогнан к двухслойным кривым для получения первого слоя параметры ρ1 и d1 и удельное сопротивление ρ2 слоя 2.В крайние кривые на рисунке 7 соответствуют значениям k, равным 1,0 и -1,0; эти значения представляют собой бесконечно большое удельное сопротивление контрасты между верхним и нижним слоями. Первый случай представляет собой слой 2, который представляет собой идеальный изолятор; второй, слой 2, который является идеальным проводником. Следующие ближайшие кривые в обоих случаях представляют соотношение 19 в слое удельные сопротивления. Очевидно, где контраст удельного сопротивления равен более чем примерно 20 к 1, точное разрешение удельного сопротивления слоя 2 нельзя ожидать.Потеря разрешения - это не просто влияние способа построения кривых, но является репрезентативным основы физики проблема и приводит к неоднозначности в интерпретации VES кривые.

    Рисунок 7. Двухслойный эталонный набор кривых зондирования для Массив Шлюмберже. (Зохды 1974а, 1974б)

    Где три или более слоев контрастного сопротивления, VES кривые более сложные, чем двухслойные кривые.На троих слоев, существует четыре возможных типа кривых VES, как показано на рисунок 8, в зависимости от характера последовательного удельного сопротивления контрасты. Классификация этих кривых находится в литературу обозначениями H, K, A и Q. Эти символы соответствуют кривым чашеобразного типа, возникающим при промежуточный слой с более низким удельным сопротивлением, чем слои 1 или 3; кривые колоколообразного типа, где промежуточный слой выше удельное сопротивление; восходящие кривые, где сопротивления последовательно увеличивать; и нисходящие кривые, где сопротивления последовательно снижаться.С четырьмя слоями присутствует еще один сегмент кривой, так что можно выделить 16 типов кривых: HK для чаши-раструба кривая, AA для монотонно восходящей кривой и т. д.

    Рисунок 8. Четыре типа трехслойных кривых VES; три примерные кривые для каждого из четырех типов представляют значения d2 / d1 = 1/3, 1 и 3.

    До появления персональных компьютеров кривая согласования процесс был выполнен графически путем нанесения полевых данных на прозрачный журнал миллиметровка в том же масштабе каталогов двух- и трехслойные стандартные кривые.Использование стандартных кривые требует идентификации типа кривой, за которым следует сравнение со стандартными кривыми этого типа для получения наилучшего матч. Двухслойные и трехслойные кривые можно использовать для полная интерпретация кривых VES большего количества слоев Метод вспомогательной точки, требующий использования небольшого набора вспомогательные кривые и некоторые конструкции. Обсуждения и пошаговые примеры этого метода даны Zohdy (1965), Орельяна и Муни (1966) и Келлер и Фришкнехт (1966).Наборы стандартных кривых были разработаны несколькими рабочие. Орельяна и Муни (1966) опубликовали набор из 1417 двух-, трех- и четырехслойные кривые Шлюмберже, сопровождаемые набор вспомогательных кривых и табличные значения для Шлюмберже и кривые Веннера. Значения кажущегося сопротивления для 102 трехслойные кривые Веннера были опубликованы Ветцеля и МакМюрреем. (1937). Коллекция из 2400 двух-, трех- и четырехслойных кривые были опубликованы Муни и Ветцелем (1956).Большинство, если не все из этих публикаций разошлись, но копии могут быть доступны в библиотеках.

    Гош (1971a, 1971b) и Йохансен (1975) использовали теорию линейных фильтров. разработать быстрый численный метод вычисления кажущихся значения удельного сопротивления из преобразования удельного сопротивления и наоборот наоборот. С помощью этих методов новые стандартные кривые или пробные VES кривые могут быть вычислены по мере необходимости с помощью цифрового компьютера или калькулятор, либо для сопоставления кривых, либо для проверки действительности интерпретация полевых данных.Таким образом, методом проб и ошибок возможна интерпретация данных VES. Пробные значения параметры слоя можно угадать, проверить с помощью вычисленного кажущегося кривая удельного сопротивления, и скорректированная, чтобы поле и вычисленное кривые согласны. Конечно, процесс будет намного быстрее, если первоначальное предположение основывается на полуколичественном сравнении с двух- и трехслойные кривые. Компьютерные программы были написанные Зоди (1973, 1974a, 1975), Зоди и Бисдорф (1975), и несколько коммерческих компаний-разработчиков программного обеспечения для использования этого метода для получить параметры слоя автоматически путем итерации, начиная с начальной оценкой, полученной приближенным методом. Для большинства компьютерных программ требуется предварительная оценка, предоставляемая пользователем. (модель), тогда как некоторые программы могут при желании сгенерировать начальную режим. После индивидуальной настройки набора звуковых кривых интерпретируется таким образом, второй проход может быть сделан там, где определенные толщину слоя и / или удельное сопротивление можно зафиксировать, чтобы получить более последовательная интерпретация проекта.

    Интерпретация данных горизонтального профилирования

    Данные, полученные при горизонтальном профилировании для инженерии заявки обычно интерпретируются качественно.Очевидный значения удельного сопротивления нанесены на карту и нанесены изолинии на карты или нанесены как профили и области с аномально высокими или низкими значениями или выявлены аномальные закономерности. Толкование данных, а также при планировании обследования необходимо руководствоваться доступные знания местной геологии. Переводчик обычно знает, что он ищет с точки зрения геологических особенности и их ожидаемое влияние на кажущееся сопротивление, потому что исследование удельного сопротивления мотивировано геологическими данными особого вида исследовательской задачи (например,г., карстовый рельеф). Затем опрос проводится таким образом, который, как ожидается, будет наиболее эффективным. реагировать на типы геологических или гидрогеологических особенностей искал. Ошибка, присущая этому подходу, заключается в том, что устного переводчика могут ввести в заблуждение его предубеждения, если он не достаточно внимателен к возможности неожиданного происходит. Следует рассмотреть альтернативные интерпретации, и доказательства из как можно большего числа независимых источников должны быть применительно к интерпретации.Один из способов помочь спланировать исследование заключается в построении модельных кривых зондирования ВЭЗ для ожидаемых модели, измените каждый параметр модели отдельно, скажем, на 20%, а затем выберите расстояние между электродами, которое наилучшим образом разрешит ожидаемые вариации удельного сопротивления / глубины. Большинство следователей затем выполняют ряд зондирований VES для проверки и уточнения результатов модели перед началом горизонтального профилирования.

    Построение теоретических профилей возможно наверняка. виды идеализированных моделей, и изучение таких профилей очень полезно для понимания важности профилей полей. Ван Ностранд и Кук (1966) всесторонне обсуждают теория интерпретации удельного электрического сопротивления и многочисленные примеры профилей удельного сопротивления на идеализированных моделях разломов, дамбы, заполненные раковины и каверны.

    На рисунке 9 показана теоретическая модель Веннера. профиль пересекает разлом, ситуация, о которой можно думать больше как правило, как линия обзора, пересекающая любой резкий переход между участками с разным сопротивлением.Цифра сравнивает теоретическая кривая, представляющая непрерывное изменение кажущейся удельное сопротивление с расположением центра электродной решетки, и теоретическая кривая поля, которая была бы получена с интервалом из в /2 между станциями. Чаще всего интервал, равный расстоянию между электродами, будет использовал; различные теоретические кривые поля для этого случая могут быть построены соединяя точки на непрерывной кривой с интервалами а .Эти кривые не смогли бы раскрыть большую часть детали непрерывной кривой и могут выглядеть совершенно иначе друг от друга. На рисунке 10 показан профиль через сланцевый сток (т.е. тело с относительно низким удельным сопротивлением) и сравнивает его с теоретической непрерывной кривой и теоретической кривая поля. Теоретические кривые приведены для проводящего тела. на поверхности, а полевой футляр имеет тонкую крышку из alluvium, но кривые очень похожи.На рисунке 9а показано число теоретических непрерывных профилей по идеально заглубленным изоляционные цилиндры. Эта модель будет близко аппроксимировать подземный туннель и менее удлиненная пещера. А сферическая пещера произвела бы аналогичный отклик, но с меньшими затратами. выраженные максимумы и минимумы. На рисунке 11b показан набор аналогичные кривые для цилиндров разного удельного сопротивления контрасты.

    Рисунок 9.Горизонтальный профиль удельного сопротивления Веннера на вертикальный разлом; типичная кривая поля (сплошная линия), теоретическая кривая (пунктир). (Ван Ностранд и Кук, 1966)

    Рис. 10. Горизонтальные профили удельного сопротивления Веннера на заполненная раковина: A) непрерывная теоретическая кривая над полусферический сток, б) кривая наблюдаемого поля с геологическим крестом разрез, в) график теоретического поля над полусферическим стоком (Ван Ностранд и Кук, 1966 г.).

    Рис. 11. Теоретические профили Веннера по кругу. цилиндр; а) идеально изолирующие цилиндры на разной глубине, б) цилиндры с разным контрастом удельного сопротивления. (Ван Ностранд и Повар 1966)

    2D и 3D электрические изображения

    Вслед за одномерными приложениями теории построения изображения удельного сопротивления следуют двухмерные, а затем и трехмерные приложения.2D-профили используют вышеуказанные методы зондирования и объединяют их в 2D-плоскость, пересекающую желаемую целевую область. В наиболее распространенной конфигурации 2D-съемки используются диполь-дипольные конфигурации электродов. Пример геометрии сбора данных для 2D-профиля представлен на рисунке 12.

    Рис. 12. Двухмерная конфигурация измерения диполь-дипольного профиля удельного сопротивления. Место нанесения псевдоразреза обозначено вред.

    На рисунке 12 показан диполь передающего тока (I), за которым следует ряд потенциальных диполей (V), которые измеряют результирующий градиент напряжения на каждой станции вдоль линии.Последующие измерения завершаются последовательным перемещением токового диполя вниз по линии. Однако альтернативные измерения удельного сопротивления могут быть выполнены с использованием буксируемых наземных или морских массивов, которые будут поддерживать указанную выше конфигурацию и создавать 2D-изображение путем перемещения всей измерительной группы для каждой серии измерений. В обоих случаях полученное изображение отображает кажущееся удельное сопротивление с глубиной, которое затем контурируется (обычно кригингом) с использованием коммерчески доступной программы. Цветное контурное изображение отображает распределение значений кажущегося сопротивления и связанных градиентов в пределах интересующей области.Чтобы преобразовать данные кажущегося сопротивления в истинное сопротивление, данные инвертируются. На рис. 13 показан пример измеренного псевдоразреза кажущегося сопротивления вверху, за которым следует вычисленный псевдоразрез кажущегося сопротивления, в результате чего получается двумерный разрез инвертированного истинного сопротивления. Цифры, представленные в нижней части перевернутого раздела, отображают критерии согласия, используемые для оценки точности рассчитанной модели удельного сопротивления. Наконец, обратите внимание, что отметки поверхности были включены в окончательную модель с учетом изменений геометрии измерения из-за изменения топографии.

    Рис. 13. Примеры измеренного кажущегося сопротивления, вычисленного кажущегося сопротивления и сечения обратного сопротивления (http://www.agiusa.com/agi2dimg.shtml). Это изображение предоставлено для демонстрационных целей и не предназначено для поддержки использования этого программного обеспечения.

    На рисунке 14 представлен альтернативный способ создания двухмерного изображения удельного электрического сопротивления геологической среды. В этом сценарии ряд электродов размещается с равными интервалами вертикально вниз по двум обсадным трубам скважины.Каждый доступный диполь используется как для передачи (ток), так и для приема (напряжение). На рисунке 15 показан пример набора данных инвертированного 2D межскважинного ERT.

    Рис. 14. Траектории луча измерения, связанные с одним передающим диполем, проходящим через ствол скважины. Традиционно измерения производятся с использованием каждого доступного диполя как передающего, так и принимающего диполя.

    Рисунок 15. Пример набора данных инвертированного межскважинного ERT (http: // www.agiusa.com/agi2dimg.shtml). Это изображение предоставлено для демонстрационных целей и не предназначено для поддержки использования этого программного обеспечения.

    Страницы, найденные в разделах "Поверхностные методы" и "Скважинные методы" в основном основаны на отчете Министерства транспорта США:

    Wightman, W. E., Jalinoos, F., Sirles, P., and Hanna, K. (2003). «Применение геофизических методов к проблемам, связанным с автомобильными дорогами.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *