Способ измерения сопротивления заземления в горизонтально-слоистом двухслойном грунте Советский патент 1987 года по МПК G01V3/02 

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 (и) и заземлитель с токовым электродом (UJT); на фиг.З - схема измерений этих напряжений, на фиг,4 - экспериментальная зависимость

f ()-,на фиг.З - последователь- ность размещения измерительных электродов .

Увеличение точности измерений достигается за счет того, что выбор места расположения потенциального электрода, к которому на заключительном этапе подключается вольтметр, осуществляется с учетом информации о реальном геоэлектрическом разрезе.

Одним из важнейщих приемов, поз- волящих правильно измерить сопротивление заземления, является выбор места расположения потенциального электрода За счет этого можно скомпенсировать не только взаимное влияние электродов но и искажающее действие неоднородности земли.

Условие точного измерения сопротивления заземления записывается (фиг. 1) в виде: (У + /,„ d , (1) что, по сути, является основанием к выбору оптимального расположения потенциального электрода. При этом вольтметр, включенный между потенциальным электродом и заземлителем, покажет величину

R

nj Т

и %Л1 и 5м

3

ц.

измеренные значения

напряжения и тока через заземлитель

R,

50

Из формул видно, реализация условия ко при известных пар рического разреза.

Величина относите измерении сопротивле

- сопротивление заземления.

Для правильного измерения сопротивления заземления токовый (Т) и по- gg опишется выражением тенциальный (П) электроды необходимо так расположить относительно центра заземлителя и относительно друг друга, чтобы взаимное сопротивление меж

g

О

где Rj - сопротивлен

ду ними (о/тр) равнялось сумме взаимных сопротивлений между каждым электродом и заземлителем ( + cVj). Если предположить, что заземлитель и электроды Т и П точечные, то в однородной земле

о/,. - 2Тг;

зт

«.0 2J--- 2Fr;,

(2)

где

Tj - расстояние между заземлите- лем и потенциальным электродом, показаны на фиг.1.

С учетом (2) условие (1) запишется;

1

1

25

30

35

зт зп тп

На практике это условие реализуется с помощью, например, двухлучевой схемы, когда г г г, а ,5г, . расстояние от заземлителя до электродов Т и П принимается вдвое большим, чем расстояние между электродами Т и П, Для схемы, приведенной на фиг.1, это условие выполняется при ,53г,.

Если вмещающаяся среда неоднородна, то приведенные частные решения утрачивают справедливость. Например, в двухслойной горизонтально слоистой земле

5

0

с; 2 г,,

J - JL. -1

27Г г,„

1 П

kxi

етг-Хз)

Г, (2nh)i

2l

1

kal

,t-. T +l2nb)i

-« 71

Pi PI удельные сопротивления соответственно второго и первого слоев земли, Ом.м, h - мощность первого слоя земли,

Мс

Из формул видно, что практическая реализация условия (1) возможна только при известных параметрах геоэлектрического разреза.

Величина относительной ошибки при измерении сопротивления заземления

опишется выражением

жением

g

О тр ЭТ 0/5П

опишется выражением

где Rj - сопротивление заземления.

31

Вместе с тем из теории вертикального электрического зондирования известно, что разность потенциалов дву точек земли, обусловленная током, стекающим с токовых электродов, содержит в себе информацию о геоэлектрическом разрезе. Поэтому было выдвинуто предположение о том, что между местом расположения потенциального электрода, обеспечиваюЕцим точное измерение сопротивления заземления, и некоторым совокупным параметром, характеризующим кажущееся удельное электрическое сопротивление объемов земли, заключенных между заземлителе и токовым электродом, а также между токовым и потенциальным электродами, существует функциональная связь. В качестве такого параметра было выбра но отнощение разностей потенциалов, измеренных при одинаковых токах в некоторых точках земли, соединяющих за землитель с токовым электродом и последний с потенциальным.

С целью проверки этого предположения была составлена математическая модель схемы измерения сопротивления точечного заземления, в которой c/j и вычислялись соответственно по вьфажениям (3) и (4), а ° формуле (3), но вместо гj подставлялось

в ходе вычислений при различных

значениях р, / р , h

Tjj. подбиралось

тп

/U- f() зависит от вы

значение г-.. , при котором вьтолняется тс fi

расстояния г, . Поэтому очевидно.

условие (1). Затем на отрезках, соединяющих заземлитель с токовым электродом и последний с потенциальным, выбиралось по две точки, равноудаленные от центров отрезков. Между этими точками вычислялась разность потенциалов и их отношение, т.е. ,-. По результатам расчетов построено семейство кривых, приведенных на фиг.4. Из рассмотрения фиг.4 видно, 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 х,- соответствуют различные фрагменты колец. По сути на фиг.4 мы имеем зависимость расстояния г,

40

45

что для определения места располо ния потенциального электрода необ димо снять зависимость f( /r ) . Если касательная к этой кр вой в точке пересечения с правой ветвью колец будет иметь угол нак меньше 45 , то следует изменить личину Гзт- Если угол больше 43 , то точка пересечения определит зн ние г, при котором ошибка измер будет наименьшей.

С целью подтверждения выводов, лученных на основе численного эксп CQ римента, были проведены натурные и мерения. В ходе измерений была сня зависимость (г-гр/г -) рлс смотренным способом (фиг,5), Права часть огибающей кривой (фиг.2) рас

при котором относительная ошибка из- gg ная, а левая - экспериментальная.

Обе кривые приведены на фиг.4. Точ их пересечения показывает, что для правильного измерения сопротивлени исследуемого заземления при схеме

мерении равна нулю, от соотношения величин, пропорциональных кажущимся удельным сопротивлениям земли, измеренным методом вертикального электри5

0

ческого зондирования при ,, , АВ г и MN О,1 АВ.

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

0 Для этого при произвольном значении вычислялось или измерялось в натурных условиях напряжение Uj и при различных значениях г . В итоге получились данные для построения за5 висимрсти

итп/из. f (г-).

}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 fCrm/ /Tj ) в точке ее пересечения с правой частью кольца расположена под углом больше 45 к горизонтальной оси. то ордината этой точки совпадает со значением , при котором обеспе5

0

чивается точное измерение сопротивления заземления. Вместе с тем было отмечено, что угол наклона кривой

и

тп

/U- f() зависит от выбора

fi

что для определения места расположения потенциального электрода необходимо снять зависимость f(,/ /r ) . Если касательная к этой кривой в точке пересечения с правой ветвью колец будет иметь угол наклона меньше 45 , то следует изменить величину Гзт- Если угол больше 43 , то точка пересечения определит значение г, при котором ошибка измерений будет наименьшей.

С целью подтверждения выводов, полученных на основе численного экспе- CQ римента, были проведены натурные измерения. В ходе измерений была снята зависимость (г-гр/г -) рлс смотренным способом (фиг,5), Правая часть огибающей кривой (фиг.2) расчетная, а левая - экспериментальная.

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

расположения измерительных электр1)дов показанной на фиг.1, отношение должно составлять 0,45.

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

ИЗМ И}м

R-. Разделив измеренное

напряжение на ток, мы получим сопротивление заземления.

Формула изобретения

15

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, про- 20 текающий через них, измеряют разность

5

0

потенциалов между парами точек, принадлежащих этим линиям, для различных расстояний между питающими электродами, отличающийся, тем, что 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.

иг f

te.J

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 электродов- измерительным 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 «

Фаг. 5

Редактор В. Данко

Составитель Е. Поляков

Техред А.Кравчук Корректор м. Шароши

Заказ 4820/47 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

0/7