高文信

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心云南總隊(duì)，云南昆明 650031)

在工程建設(shè)中，防雷接地是其重要的一項(xiàng)工作。對(duì)防雷接地裝置而言，土壤電阻率數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，將會(huì)給防雷設(shè)計(jì)提供依據(jù)。因此，正確測(cè)試、分析土壤電阻率，不僅關(guān)系到接地電阻是否達(dá)標(biāo)、接地壽命以及接地系統(tǒng)的成本，而且也是確保設(shè)備及建筑物有效避免雷擊的關(guān)鍵。

1 電阻率測(cè)試基本原理

從物理學(xué)中得知，土壤電阻率其計(jì)算公式一般為:

其中，ρ為物質(zhì)的導(dǎo)電性;R為土壤電阻率，Ω;L為導(dǎo)線長(zhǎng)度，m;S為導(dǎo)線橫截面面積，m2。土壤電阻率是指長(zhǎng)、寬、高各為1 m的立方體土壤相對(duì)兩面間的電阻(見圖1)，單位為Ω·m，在土壤電阻測(cè)定時(shí)，可以借用式(1)。

圖1 土壤電阻示意圖（單位：m）

2 土壤電阻率的測(cè)試

土壤電阻率的測(cè)試方法很多，如地質(zhì)判定法、雙回路互感法、自感法、線圈法、偶極法以及四極電測(cè)深法。目前，多采用四極電測(cè)法，其準(zhǔn)確性完全能滿足工程設(shè)計(jì)要求，這種測(cè)試方法所需儀表設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單，易于工程中應(yīng)用。

2.1 測(cè)試方法及計(jì)算公式

土壤電阻測(cè)試儀表多為ZC-8，采用四點(diǎn)法，用4個(gè)端鈕的電阻測(cè)試儀測(cè)試土壤電阻率，其接線如圖2所示。測(cè)試時(shí)需要4根金屬探棒，內(nèi)側(cè)(P1，P2極)兩根為電壓棒，采用銅質(zhì)棒，外側(cè)(C1極，C2極)兩根為電壓棒，采用鐵棒。4根金屬探棒布置在一條直線上，金屬探棒之間距離相等均為a，金屬探棒打入地下的深度h不應(yīng)大于 a 值的1/20，a 從1.5 m，3.0 m，6.0 m，12.0 m 等取值。

圖2 土壤電阻率測(cè)量示意圖

使用電阻測(cè)試儀都為ZC-8型，當(dāng)搖動(dòng)接地電阻測(cè)試儀手柄時(shí)，手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生105 Hz～115 Hz的交流電，通過C1，C2金屬探棒流入被測(cè)大地，再?gòu)慕饘偬桨粝乱龌氐浇拥仉娮铚y(cè)試儀。由P1和P2探棒測(cè)出的電壓值是C1和C2之間大地由于上述交流電引起的電壓值，測(cè)試結(jié)果計(jì)算如式(2):

其中，ρ為土壤電阻率，Ω·m;R為所測(cè)電阻，Ω;a為電極間距，m;b為電極入地深度，m。當(dāng)電極入地深度b不超過0.2a時(shí)，可以假定b=0，則計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為:

接地電阻測(cè)試儀由4根探棒獲得的電流和電壓值，通過儀器已轉(zhuǎn)換成電阻值，故只要從接地電阻測(cè)試儀上讀出探棒A，B之間的電阻值R，就可根據(jù)式(3)求出該兩探棒之間的土壤電阻率。

2.2 測(cè)試時(shí)注意事項(xiàng)

1)測(cè)試時(shí)各極棒打入地下深度不應(yīng)超過極棒間距a的1/20，間距a同時(shí)也反映了測(cè)試的深度范圍，因此可以改變a值的大小，測(cè)出分別為深1.5 m，3 m，6 m，12 m時(shí)的土壤電阻率，即可反映不同深度時(shí)土壤電阻率是否一致。2)使用接地電阻測(cè)試儀時(shí)轉(zhuǎn)速按100 r/min～120 r/min速度搖動(dòng)搖表手柄，應(yīng)選擇合適的電阻檔位，指針穩(wěn)定后再讀數(shù)。3)四根極棒布設(shè)在一條直線上，接線時(shí)，極棒與儀表上的P2，C2接線端之間的短路片斷開，極棒與儀表上的接線端的連接順序不能顛倒，當(dāng)?shù)叵麓嬖诮饘傥飼r(shí)，可將接地棒排列方向與地下金屬物走向一致。4)土壤電阻率的測(cè)試宜在干燥季節(jié)或天氣晴朗多日后進(jìn)行。土壤電阻率ρ值還需考慮將測(cè)試值 ρ0乘以季節(jié)修正系數(shù)［1］φ。即:ρ=ρ0φ。修正系數(shù)φ的取值，可以根據(jù)測(cè)試時(shí)的情況和接地裝置的設(shè)計(jì)或?qū)嶋H狀況查表1取值。5)使用接地電阻測(cè)試儀時(shí)應(yīng)水平放置，以便獲得準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)。6)如果在測(cè)試探棒附近有與被測(cè)接地極相連的金屬管道或電纜，則整個(gè)測(cè)試區(qū)域的電位將產(chǎn)生一定的均衡作用，從而影響測(cè)試結(jié)果。7)搖表接線會(huì)因生銹或氧化影響測(cè)試值，在測(cè)試前應(yīng)進(jìn)行除銹。

3 土壤電阻率的測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)野外測(cè)試得到的電阻率值，土壤電阻率值變化范圍很大，最低可小于1 Ω·m，最大可達(dá)上千歐姆·米。土壤電阻率受土壤類型、土壤含水量、含鹽量、溫度、土壤的緊密程度等因素影響。1)土壤類型對(duì)土壤電阻率影響最大。不同性質(zhì)的土壤，其電阻率甚至相差幾千到幾萬倍［1］。不同性質(zhì)的土壤電阻率見表2。2)含水量對(duì)土壤電阻率也有很大影響。絕對(duì)干燥的土壤電阻率可以認(rèn)為接近無窮大。含水量對(duì)土壤電阻率的影響，隨土壤的種類不同有所不同，如表2所示。3)溫度對(duì)土壤電阻率的影響，當(dāng)土壤溫度在0℃以下時(shí)，由于其中水分結(jié)冰、土壤凍結(jié)，電阻率會(huì)突然增加。4)土壤的含鹽量，當(dāng)土壤中含有Cl－，H+，(OH)－成分時(shí)，電阻率會(huì)顯著下降。5)土的緊密程度，土壤本身是否緊密，與接地極是否緊接，對(duì)土壤電阻率也都有很大影響。土壤本身的顆粒越緊密，電阻率越低，其降低程度隨土壤的種類而異。

表1 各種性質(zhì)的土壤電阻率季節(jié)修正系數(shù)

表2 不同性質(zhì)的土壤電阻率參考值 Ω·m

4 結(jié)語

對(duì)于避雷系統(tǒng)接地裝置而言，要求其接地電阻越小越好，因?yàn)榻拥仉娮柙叫?，散流越快，落雷物體高電位保持時(shí)間越短，危險(xiǎn)就越小。影響接地電阻的最重要的參數(shù)是土壤電阻率，如果土壤電阻率數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，將會(huì)給防雷設(shè)計(jì)提供錯(cuò)誤的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。采用文中介紹的四點(diǎn)法測(cè)試土壤電阻率，土壤電阻率數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，將給防雷設(shè)計(jì)提供合理、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

［1］陳戌生，張惠勤.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2009.

［2］DL/T 5170-2002，變電所巖土工程勘測(cè)技術(shù)規(guī)定［S］.

［3］DL/T 5159-2002，電力工程物探技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］Dawalibi F，Blattner C J.土壤電阻率的測(cè)量分析方法［J］.電力建設(shè)，1989(7)：89-90.

［5］周 蜜，王建國(guó).土壤電阻率測(cè)量影響因素的試驗(yàn)研究［J］.巖土力學(xué)，2011(11)：21-22.