霍廣勇，王紅，周雄偉，葛新力

（新疆維吾爾自治區(qū)防雷減災(zāi)中心，新疆烏魯木齊 830002）

烏魯木齊地區(qū)土壤溫、濕度變化對接地電阻的影響

霍廣勇，王紅，周雄偉，葛新力

（新疆維吾爾自治區(qū)防雷減災(zāi)中心，新疆烏魯木齊 830002）

對5組不同埋設(shè)深度的接地體的接地電阻經(jīng)過長達(dá)2a（2008年11月—2010年10月）的跟蹤觀測，得到接地電阻和土壤電阻率的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用觀測場有關(guān)氣象資料與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，初步研究了烏魯木齊地區(qū)土壤溫、濕度變化對接地電阻的影響。為烏魯木齊地區(qū)防雷裝置的設(shè)計(jì)、施工特別是冬季檢測業(yè)務(wù)提供了較為科學(xué)、合理的依據(jù)。

土壤溫度；土壤濕度；土壤電阻率；接地電阻；影響

接地電阻值的大小是衡量一套防雷裝置安全泄流性能好壞的重要技術(shù)指標(biāo)之一[1]。影響雷電防護(hù)接地裝置的接地電阻值的因素很多[2-3]，其很大程度上決定于土壤電阻率，而影響土壤電阻率的因素也很多，包括土壤的結(jié)構(gòu)、類型、疏松、溫度、濕度以及土壤中含有可溶性電解質(zhì)的成分（如酸、堿、鹽）等，其中土壤的溫度、濕度是影響土壤電阻率的兩個(gè)主要因素[4]。也就是說，接地體的接地電阻隨著土壤電阻率的變化而變化，接地電阻主要取決于該土壤的溫度和濕度[5]。土壤溫、濕度變化對土壤電阻率的影響在很多文獻(xiàn)[6-7]中都作了介紹，而新疆對于這些問題的研究較少。

新疆冬季寒冷且時(shí)間長，從11月上、中旬到翌年的3月上、中旬，是新疆的冬季[7]。室外適宜施工的時(shí)間短，每年入冬前后是防雷裝置竣工檢測和驗(yàn)收的高峰期。接地電阻冬季能否檢測、檢測的數(shù)據(jù)是否可靠、烏魯木齊適宜檢測時(shí)間等問題應(yīng)運(yùn)而生。為此，通過在烏魯木齊天山區(qū)氣象局觀測場旁埋設(shè)的4組不同深度接地體，獲取了2a的接地電阻和土壤電阻率觀測數(shù)據(jù)，分析了4組不同埋設(shè)深度接地體接地電阻和土壤電阻率隨時(shí)間的變化特征，并結(jié)合觀測場的土壤溫、濕度資料，分析了與接地電阻和土壤電阻率觀測數(shù)據(jù)同期的土壤溫、濕度變化對接地電阻的影響，初步得到烏魯木齊地區(qū)接地裝置適宜檢測時(shí)間，提出了冬季檢測方法，為高寒地區(qū)雷電裝置的設(shè)計(jì)、施工和檢測提供了較為合理、科學(xué)的依據(jù)。

1 觀測環(huán)境、實(shí)驗(yàn)方法、資料來源和分析方法

1.1 觀測環(huán)境

選擇烏魯木齊天山區(qū)氣象局院內(nèi)觀測場附近的空地作為試驗(yàn)場地，土壤類型為粗砂土和黃土的混合體。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在試驗(yàn)場地深度為40、80、160、320 cm處設(shè)置4組50 cm×50 cm扁鋼組成的接地裝置，在距地面20 cm深處設(shè)置1組土壤電阻率測試點(diǎn)，進(jìn)行2a（2008年11月—2010年9月），每月2～4次的觀測。

1.3 資料來源

采用DER2571B雷電防護(hù)接地裝置接地電阻測試儀測量接地電阻值和土壤電阻率。根據(jù)天氣情況確定觀測時(shí)間，每次觀測取得40、80、160、320 cm深度接地電阻，觀測場接地電阻以及土壤電阻率等6組數(shù)據(jù)。

為了便于比較，選擇了與試驗(yàn)地網(wǎng)埋設(shè)深度相近的觀測站土壤溫、濕度觀測數(shù)據(jù)。其中，直接利用土壤溫度自動(dòng)觀測和土壤濕度人工觀測數(shù)據(jù)，而土壤濕度自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過了篩選，剔除個(gè)別有明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，與接地電阻數(shù)據(jù)一起，進(jìn)行有關(guān)分析。

1.4 分析方法

40cm深度資料分析相關(guān)性較明顯，本文主要采用40 cm深度土壤溫度和濕度以及觀測得到的接地電阻和土壤電阻率資料建立逐月時(shí)間序列，分別繪制相關(guān)的變化曲線。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 土壤溫、濕度的變化

2.1.1 土壤溫度的年變化

40cm深度土壤溫度在-5～27℃范圍內(nèi)變化，最低溫度出現(xiàn)在1月下旬至2月中旬，最高溫度在7月中旬至8月上旬。80 cm深度土壤溫度在-1～24℃范圍內(nèi)變化，最低氣溫出現(xiàn)在2月，最高氣溫在8月。160 cm深度土壤溫度在4～21℃范圍內(nèi)變化，最低氣溫出現(xiàn)在3月，最高氣溫在9月。320 cm深度土壤溫度在7～17℃范圍內(nèi)變化，最低氣溫出現(xiàn)在4月，最高氣溫在10月（圖1）。

圖12008—2010年各深度土壤溫度的月變化

分析得出：（1）正常情況下土壤溫度近似按正弦規(guī)律變化，且隨著深度增加愈接近正弦曲線。（2）土壤溫度的變化范圍隨著深度的增加變?。蛔畹蜏囟?、最高溫度的出現(xiàn)時(shí)間隨著深度的增加向后延遲。

2.1.2 土壤濕度的年變化

隨著溫度的變化和降水出現(xiàn)，土壤濕度有較大變化。溫度升高，濕度減少；出現(xiàn)降水特別是有一定量的降水，濕度明顯增大。烏魯木齊一般降水量不大，所以對淺層土壤濕度影響較大，對深層土壤濕度影響相對較小，因此深層濕度變化規(guī)律沒有土壤溫度明顯。

2.2 土壤電阻率的年變化及土壤溫、濕度的影響

2.2.1 土壤電阻率的年變化

采用4點(diǎn)法測土壤電阻率，設(shè)定測試棒之間距離為1m，測得的土壤電阻率主要與3m范圍內(nèi)土壤組成的成分、溫度、濕度等參數(shù)有關(guān)。

隨著時(shí)間的變化，土壤電阻率發(fā)生很大的變化，在凍土出現(xiàn)前，最大與最小值相差近600 Ω·m，凍土出現(xiàn)后，土壤電阻率急劇上升，以致儀器無法觀測。2.2.2土壤溫、濕度對土壤電阻率的影響

土壤電阻率隨溫度變化而變化，溫度對土壤電阻率的影響呈現(xiàn)出兩極性變化趨勢。當(dāng)土壤溫度從0℃開始上升，地面積雪逐漸融化，土壤電阻率開始下降；隨著溫度的升高，雪水逐漸消失后，土壤的水分開始蒸發(fā)，土壤電阻率開始上升；當(dāng)?shù)孛鏈囟冉档偷?℃及以下時(shí)，土壤水分結(jié)冰，出現(xiàn)凍土，土壤電阻率急劇上升。當(dāng)降水或澆水造成40 cm深度土壤溫度和濕度發(fā)生變化時(shí)，影響土壤電阻率值的變化。

當(dāng)土壤濕度增加，土壤電阻率呈下降的趨勢，土壤濕度增加到70%以上，土壤電阻率將趨于穩(wěn)定；當(dāng)土壤濕度減少，土壤電阻率將呈上升趨勢。在有大降水或者是地面濕度較大時(shí)，土壤電阻率急劇下降。觀測顯示2010年7月12日，觀測場旁實(shí)驗(yàn)場地上綠化澆水，導(dǎo)致電阻率突然變小。

2.3 接地電阻的年變化及土壤溫、濕度對其影響

2.3.1 接地電阻的年變化

隨著時(shí)間的變化，接地電阻發(fā)生一定的變化，但遠(yuǎn)小于土壤電阻率的變化范圍。凍土出現(xiàn)后，接地電阻值迅速上升，以致儀器無法觀測。隨著接地裝置深度的增加，接地電阻值變化的范圍逐步減小。

2.3.2 土壤溫、濕度對接地電阻的影響

溫度對接地電阻的影響，遠(yuǎn)小于濕度對接地電阻的影響。由于開春融雪、夏季降水的因素，造成接地電阻值的波動(dòng)?？傮w來說，當(dāng)土壤溫度逐步上升時(shí)，土壤水分蒸發(fā)，接地電阻逐漸上升；當(dāng)土壤溫度逐步下降時(shí)，接地電阻呈逐漸下降趨勢。當(dāng)土壤溫度下降到0℃及以下時(shí)，觀測到的接地電阻數(shù)據(jù)大幅上升，出現(xiàn)明顯誤差。

當(dāng)濕度增大時(shí)，接地電阻下降；當(dāng)濕度減小時(shí)，接地電阻增大；出現(xiàn)凍土，接地電阻明顯上升。具體來說，每年3月開始，積雪融化，濕度很大，此時(shí)測得的電阻值是地表雪水電阻與地網(wǎng)電阻并聯(lián)值，阻值很?。环e水消失接地電阻值逐漸增大；出現(xiàn)降水，濕度增大，接地電阻開始減小。

3 結(jié)論

（1）接地電阻受土壤電阻率的影響，兩者呈正相關(guān)關(guān)系。土壤電阻率受土壤溫、濕度變化的影響較大：溫度對土壤電阻率的影響呈現(xiàn)出兩極性變化趨勢；土壤濕度與土壤電阻率呈負(fù)相關(guān)趨勢。

（2）烏魯木齊接地裝置的檢測時(shí)間最早大約在3月中旬開始，每年最遲大約在11月中下旬停止（主要取決于氣候條件）。在開春和入冬前對防雷裝置的檢測時(shí)，應(yīng)及時(shí)查看溫濕等氣象條件。為保證檢測質(zhì)量，應(yīng)避免在雨天、土壤出現(xiàn)凍結(jié)和地表有積水情況下檢測土壤電阻率和接地電阻。

（3）防雷裝置接地電阻的穩(wěn)定性隨著埋設(shè)深度增加而增加，但考慮到投資成本等因素，防雷裝置設(shè)計(jì)和施工時(shí)，防雷接地裝置應(yīng)埋設(shè)凍土層之下。

（4）每年第4季度是建筑物驗(yàn)收高峰期，但進(jìn)入冬季后，凍土層出現(xiàn)，不適宜直接對接地電阻進(jìn)行檢測。建議在凍土層出現(xiàn)前完成防雷裝置接地電阻測試，在冬季采用等電位檢測儀器，利用之前的接地電阻檢測點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢測，這樣既滿足了用戶急于驗(yàn)收，又能保證工程的驗(yàn)收質(zhì)量。通過春夏季的電阻檢測比較，這種方法符合檢測要求。

[1]羅茂興，周德吉，葛意活.高山風(fēng)化石土壤防雷接地降阻工程技術(shù)探討[J].廣西氣象，2003，24（1）：41-43.

[2]中華人民共和國建設(shè)部GB50057-94.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國計(jì)劃出版社，2001.

[3]中華人民共和國建設(shè)部GB50343-2004.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[4]馬文義，王顥.凍土地區(qū)降低接地電阻方法的探討[J].科技交流，2005，147（3）：53-56.

[5]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局GB/T17949.1-2000.接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導(dǎo)則.北京：中國氣象學(xué)會(huì)雷電防護(hù)委員會(huì)，2005：127-155.

[6]張學(xué)文，張家寶.2006.新疆氣象手冊[M].北京：氣象出版社，72-126.

[7]《新疆短期天氣預(yù)報(bào)指導(dǎo)手冊》編寫組.新疆短期天氣預(yù)報(bào)指導(dǎo)手冊[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1986：41-50.

[8]《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》GB/T21431-2008.

[9]IEC61643-1:1998《接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導(dǎo)則》GB18802.1-2002.

Effects of the Changes in Soil Temperatureandmoisture on Ground Resistance in Urumqi

HUO Guangyong，WANG Hong，ZHOU Xiongwei，GE Xinli
（The Lightning Protection Center of Xinjiang Uygurautonomous Region，Urumqi 830002，China）

The test data of resistanceand soil resistivity was collected by follow-up observation of 5 groups grounding resistance of the grounding with different burial depth for 2 years（from November 2008 to October 2010），which was compared with relevantmeteorological data of the observation field to study the effects of changes in soil temperatureand soilmoisture on Ground Resistance in Urumqi.This providedmore scientific,rational foundationandmethod for the designand construction,especially winter testing business,of the lightning protection systems in Urumqi.

soil temperature；soilmoisture；soil resistivity；grounding resistance

P468

B

1002-0799（2014）06-0070-03

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.06.013

2014-04-16；

2014-09-07

新疆氣象局課題“烏魯木齊地區(qū)不同季節(jié)土壤溫度變化對接地電阻的影響（200909）”資助。

霍廣勇（1964-），男，工程師，現(xiàn)從事防雷技術(shù)服務(wù)工作。E-mail:2417548208@qq.com

霍廣勇，王紅，周雄偉，等.烏魯木齊地區(qū)土壤溫、濕度變化對接地電阻的影響，2014，8（6）：70-72.