Способ измерения сопротивления заземления в горизонтально- слоистом двухслойном грунте

 

Изобретение относится к геоэлектроразведке , к определению сопротивления заземления электродов и заземляющих устройств. Цель - увеличение точности измерений. Поочередно возбуждают в земле электрическое поле двумя парами питающих электродов, расположенных на взаимно перпендикулярных линиях. Регистрируют ток, протекающий через них. Измеряют разность потенциалов между парами точек, принадлежащих этим линиям, для различных расстояний между питающиьси электродами . Дополнительно на линии, проходящей через первый питающий электрод и перпендикулярной к линии профиля, помещают измерительный электрод в особую точку. В этой точке взаимное сопротивление между ним и этим электродом равно сумме взаимных сопротивлений между двумя парами электродовизмерительным и вторым питающим, а также выбранными питакЛцими электродами . Измеряют разность потенциалов между вторым питающим и измерительным электродами. Измеряют силу тока в цепи выбранных питающих электродов и отношение разности потенциалов к току принимают за сопротивление заземления . 5 ил. с (Л со 4 со 00 «

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (5))4 G01 Ч302

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К А ВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ ле двумя парами питающих электродов, расположенных на взаимно перпендикулярных линиях. Регистрируют ток, протекающий через них. Измеряют разность потенциалов между парами точек, принадлежащих этим линиям, для различных расстояний между питающими электродами. Дополнительно на линии, проходящей через первый питающий электрод и перпендикулярной к линии профиля, помещают измерительный электрод в особую точку. В этой точке взаимное сопротивление между ним и этим электродом равно сумме взаимных сопротивлений между двумя парами электродовизмерительным и вторым питающим, а также выбранными питаИщими электродами. Измеряют разность потенциалов между вторым питающим и измерительным электродами. Измеряют силу тока в цепи выбранных питающих электродов и отношение разности потенциалов к току принимают эа сопротивление заземления. 5 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ! (21) 3798621/24-25 (22) 09. 10.84 (46) 07. 10.87. Бюл. Ф 37 (71) Омский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) М.П. Бобрышев (53) 550.83(088.8) (5e) Коструба С.И. Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств. М.: Знергоиэдат, 1983, с.77.

Авторское свидетельство СССР

В 930189, кл. G 01 Ч 3/08, 1980. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ЗАЗЕМЛЕНИЯ В ГОРИЗОНТАЛЬНО-СЛОИСТОМ

ДВУХСЛОЙНОМ ГРУНТЕ (57) Изобретение относится к геоэлектроразведке, к определению сопротивления заземления электродов и заземляющих устройств. 1(ель — увеличение точности измерений. Поочередно возбуждают в земле электрическое по43374 А1

1343374

ol

2Р r

Зт

Ф -тп 2пг тп

2,т r (2) ся:

OO 1

= - — — + 2 —

2 r и т = т

;(3) Р2 Р1 где

11 Ъм

Изобретение относится к геоэлектроразведке, к определению сопротивления заземления электродов и заземляющих устройств.

Цель изобретения — увеличение точности измерений.

На фиг.1 изображена схема измерения сопротивления растеканию заземления; на фиг.2 — расчетная зависимость оптимального расстояния между токовым и потенциальным заземлителем от величины отношения напряжений, измеренных на линии, соединяющей токовый и потенциальный электроды (U „) и заземлитель с токовым электродом (П т); на фиг.3 — схема измереv нии этих напряжений, на фиг,4 — экспериментальная зависимость U „/U =

20 (гт „); на фиг. 5 — последовательность размещения измерительных электродов.

Увеличение точности измерений достигается эа счет того, что выбор мес25 та расположения потенциального электрода, к которому на заключительном этапе подключается вольтметр, осуществляется с учетом информации о реальном геоэлектрическом разрезе °

Одним из важнейших приемов, поз30 волящих правильно измерить сопротивление заземления, является выбор места расположения потенциального электрода.

3а счет этого можно скомпенсировать не только взаимное влияние электродов,З5 но и искажающее действие неоднородности земли.

Условие точного измерения сопротивления заземления записывается (ф . 1) . Р + (1) 40 что, по сути, является основанием к выбору оптимального расположения потенциального электрода. При этом вольтметр, включенный между IIoTQH циальным электродом и заэемлителем, 45 покажет величину

И1м ИЗМ

1, „— измеренные значения напряжения и тока через заземлитель

R — сопротивление зазем3 ления °

Для правильного измерения сопротивления заземления токовый (Т) и потенциальный (П) электроды необходимо так расположить относительно центра заэемлителя и относительно друг друга, чтобы взаимное сопротивление меж ду ними (4 „) ра внял ос ь сумме взаимных сопротивлений между каждым электродом и заземлителем (d„ + e „). Если предположить, что эаэемлитель и электроды Т и П точечные, то в однородной земле где г — расстояние между эаэемлитеЗп .лем и потенциальным электродом, г,и г„-, показаны на фиг.1.

С учетом (2) условие (1) запишетгоп Гтп

На практике это условие реализуется с помощью, например, двухлучевой схемы, когда r „= r „= r, а г. „=0,5г, т.,е. расстояние от заэемлителя до электродов Т и П принимается вдвое большим, чем расстояние между электродами Т и П. Для схемы, приведенной на Лиг.1, это условие выполняется при г „= 0,53г„

Если вмещающаяся среда неоднородна, то приведенные частные решения утрачивают справедливость. Например, в двухслойной горизонтально слоистой земле о(= — — (— — + 2. — — -=(4) тп 27 i +7ГьЪ тп тп

1 р, — удельные сопротивления соответственно второго и первогс слоев земли, Ом.м, Ь вЂ” мощность первого слоя земли, м, Из формул видно, что практическая реализация условия (1) возможна только при известньж параметрах геоэлектрического разреза.

Величина относительной ошибки при измерении сопротивления заземления опишется выражением

«тп - 1 эт- зп

S Ф

3 где R> — сопротивление заземления, 1343374

С целью подтверждения выводов, полученных на основе численного эксперимента, были проведены натурные измерения. В ходе измерений была снята зависимость U >/U »-f(r „ /r » ) рассмотренным способом (фиг,5), Правая часть огибающей кривой (фиг.2) расчет. ная, а левая — экспериментальная.

Обе кривые приведены на фнг.4. Точка их пересечения показывает, что для правильного измерения сопротивления исследуемого заземления при схеме

Вместе с тем из теории вертикального электрического зондирования известно, что разность потенциалов двух точек земли, обусловленная током

5 стекающим с токовых электродов, содержит в себе информацию о геоэлектрическом разрезе. Поэтому было выдвинуто предположение о том, что между местом расположения потенциального электрода, обеспечивающим точное измерение сопротивления заземления, и некоторым совокупным параметром, характеризующим кажущееся удельное электрическое сопротивление объемов земли, заключенных между заземлителем и токовым электродом, а также между токовым и потенциальным электродами, существует функциональная связь. В качестве такого параметра было выбра- 2р но отношение разностей потенциалов, измеренных при одинаковьгх токах в некоторых точках земли, соединяющих заземлитель с токовым электродом и последний с потенциальным. 25

С целью проверки этого предположения была составлена математическая модель схемы измерения сопротивления точечного заземления, в которой т и вычислялись соответственно по выражениям (3) и (4), à с(„ — по формуле (3), но вместо г,подставлялось г . В ходе вьгчислений при различных значениях р, / р, h u r подбиралось значение г „, при котором выполняется условие (1). Затем на отрезках, соединяющих заземлитель с токовым электродом и последний с потенциальным, выбиралось по две точки, равноудаленные от центров отрезков. Между этими 4О точками вычислялась разность потенциалов и их отношение, т.е. У /U

По результатам расчетов построено семейство кривых, приведенных на фиг.4. Из рассмотрения фиг.4 видно, 45 что кривые представляют замкнутые кольца, которые имеют общие точки, сливающиеся в левую и правую огибающие кривые. Причем каждое кольцо соответствует определенному значению отношения р,/ р . Различным значениям h и хт соответствуют различные фрагменты колец. По сути на фиг.4 мы имеем зависимость расстояния г при котором относительная ошибка измерений равна нулю, от соотношения величин, пропорциональных кажущимся удельным сопротивлениям земли, измеренным методом вертикаЛьного электрического зондирования при АВ=г„

АВ = r „и MN = 0,1 АВ.

Дальнейшие исследования выполнялись в плане проведения математических и натурных экспериментов. Их целью было исследовать зависимость отношения Б /Б от расстояния между токовым и потенциальным электродами.

Для этого при произвольном значении

r вычислялось или измерялось в натурных условиях напряжение U3, и при различных значениях г . В итоге тл получились данные для построения эаBHCHMQCTH

v /v = f (- - -). тл зт т

Если нанести вычисленные зависимости на поле фиг.4, то становится очевидным, что любая из них пересекает соответствующие кольца в двух точках. Одна из них лежит на нижнем горизонтальном участке кольца, а вторая на прямой, падающей части. Анализ множества кривых показал, что если касательная к кривой U,„„/UÄ = f(rт /

/r» ) в точке ее пересечения с правой частью кольца расположена под углом больше 45 к горизонтальной оси. то ордината этой точки совпадает со значением гтл/г,, пРи котоРом обеспечивается точное измерение сопротивления заземления. Вместе с тем было отмечено, что угол наклона кривой

Uòï /Б = Г(гт„/г ) зависит от выбора расстояния r . Поэтому очевидно, что для определения места расположения потенциального электрода необходимо снять зависимость U,„„/UÄ =f(r,„/

/г ). Если касательная к этой кривой в точке пересечения с правой ветвью колец будет иметь угол наклона

C меньше 45, то следует изменить вес личину r, . Если угол больше 45 то точка пересечения определит значение r „, при котором ошибка измерений будет наименьшей.

1343374

0,О

0,5

0,2 расположения измерительных электр >дов показанной на фиг. 1, отношение г „/r» должно составлять 0,45.

В итоге с помощью указанных манипуляций мы определяем место, при расположении в котором потенциального .электрода вольтметр покажет величину

U „= I R . Разделив измеренное напряжение на ток, мы получим сопротивление заземления.

Формула изобретения

Способ измерения сопротивления заземления в горизонтально-слоистом двухслойном грунте, в котором поочередно возбуждают электрическое поле двумя парами питающих электродов, расположенных на взаимно перпендикулярных линиях, регистрируют ток, протекающий через них, измеряют разность потенциалов между парами точек, принадлежащих этим линиям, для различных расстояний между питающими электродами, отличающийся . тем, что

5 что, с целью увеличения точности измерений, дополнительно на линии, проходящей через один из питающих электродов и перпендикулярной к линии профиля, помещают измерительный электрод в точку, где взаимное сопротивление между ним и этим электродом равно сумме взаимных сопротивлений между двумя парами электродов — измерительным и вторым питающим, а также выбранными питающими электродами, измеряют разность потенциалов между вторым питающим и измерительным электродами, измеряют силу тока в цепи выбранных питающих электродов и отношение разности потенциалов к току принимают за сопротивление заземления.

1343374

0,5

Раг. Ф

1343374

Ug7 /тп

О

ОП

Фиг. 5

ОП

Составитель Е. Поляков

Редактор В. Данко Техред А.Кравчук Корректор М. Шароши

Заказ 4820/47 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 о о

o lTo о l1 о