吳運(yùn)策等

接地是現(xiàn)代防雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，無(wú)論是直接雷防護(hù)還是雷電的靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)和雷電波入侵的防護(hù)技術(shù)，最終是把雷電流送入大地。因此，防雷接地電阻值是判定防雷工程是否合格的重要依據(jù)，也是衡量防雷接地效果的主要技術(shù)指標(biāo)。而防雷接地電阻的真實(shí)值只有一個(gè)，具有唯一性。但因測(cè)量方法、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量條件、操作人員等多種因素的影響，測(cè)量數(shù)據(jù)都在一定程度上偏離真實(shí)接地電阻值。因此如何提高接地電阻測(cè)量的準(zhǔn)確性，從而提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的可信度，對(duì)防雷接地工程合理節(jié)約材料和對(duì)接地工程的施工是否達(dá)標(biāo)，都具有重要意義。

在實(shí)際防雷接地電阻檢測(cè)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)同一接地體，采用不同的方位、測(cè)量方法、方式，測(cè)出的接地電阻值不同，且相差甚遠(yuǎn)。這些差異較大的測(cè)試結(jié)果，到底哪個(gè)較為符合客觀實(shí)際？又該如何選取正確的接地電阻值？

本文主要對(duì)常用的小地網(wǎng)檢測(cè)儀如DER2571、METREL的K-2127等檢測(cè)儀器進(jìn)行分析。那么，何為接地電阻？一般而言，向接地網(wǎng)注入1A的電流，接地網(wǎng)對(duì)大地的無(wú)限遠(yuǎn)處零電位所產(chǎn)生的電位差為該地網(wǎng)的接地電阻。

如上圖所示，E點(diǎn)為接地體（理想化為單點(diǎn)接地），C點(diǎn)為測(cè)試儀的電流極。圖中曲線為地表的等電位線，過(guò)P點(diǎn)的垂直線為零電位線，零電位線延伸到無(wú)限遠(yuǎn)處。EC的距離應(yīng)為接地極深度的5倍，EP的距離應(yīng)為接地極深度的2.5倍，測(cè)試儀的電位極在P點(diǎn)。按照接地電阻的定義，接地電阻R應(yīng)為E點(diǎn)至無(wú)限遠(yuǎn)處零電位的電位差U與測(cè)試儀從E點(diǎn)至C點(diǎn)的電流I之間的比值，即R=U/I。

上圖為接地網(wǎng)測(cè)量時(shí)輔助接地極P、C的布置。接地電阻測(cè)量?jī)x的E端應(yīng)接在地網(wǎng)的邊緣上，EC的延長(zhǎng)線要通過(guò)地網(wǎng)的中心G點(diǎn)。當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)的最大外徑為D時(shí)，取E點(diǎn)到電流探針C點(diǎn)的距離為EC=5D時(shí)，地網(wǎng)周?chē)乇淼牡入娢痪€沿地網(wǎng)周?chē)骄植迹娢粯OP處才有可能接近于真實(shí)零電位線。這樣測(cè)得的接地電阻R才會(huì)比較真實(shí)。

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，理想化的檢測(cè)前提條件為：土壤在測(cè)試范圍內(nèi)平坦且水平方向和垂直方向均勻分布，導(dǎo)電能力上呈各向同性，地下無(wú)金屬管道等影響等電位線發(fā)生畸變的外來(lái)因素。任何不滿足前提條件的干擾因素，都會(huì)導(dǎo)致接地電阻的測(cè)試結(jié)果和實(shí)際情況存在偏差。另外土壤特性、地下雜散電流、儀器精度和人為操作也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。影響接地電阻測(cè)試準(zhǔn)確性的因素很多，要想做到完全準(zhǔn)確幾乎不可能，只能盡可能地接近真實(shí)值。

1.水平和垂直方向土壤特性變化的影響

一般而言，接地網(wǎng)周?chē)耐寥澜Y(jié)構(gòu)和成分并不一樣，含水量也不盡相同，這些差異直接導(dǎo)致了土壤在各水平方向上導(dǎo)電能力的不一致，也使得等電位線在水平面上發(fā)生畸變。由此，電位極P在EC點(diǎn)的中點(diǎn)2.5D處的電位就可能不是零電位。針對(duì)“綠地中央”項(xiàng)目的檢測(cè)情況分析，從上圖的等電位線模擬分布圖可以看出，只有東南向紅色粘土層區(qū)的等電位線分布略顯均勻，將P、E極探針打在這個(gè)區(qū)域才能較真實(shí)反映出地網(wǎng)的實(shí)際接地電阻。所以說(shuō)此項(xiàng)目的接地工程應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。因此，對(duì)于周邊土壤環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，防雷檢測(cè)時(shí)必須要多次測(cè)量、綜合分析，才能得出正確結(jié)果。

此外，垂直方向土壤的變化對(duì)測(cè)試結(jié)果也存在一定影響。大多數(shù)項(xiàng)目在施工過(guò)程中都會(huì)有在周?chē)⊥梁蠡靥畹那闆r?；靥顣r(shí)一般都將建筑垃圾回填，這些回填的建筑廢棄物和土壤的導(dǎo)電特性存在差異，而且回填土存在較多空隙，密實(shí)度和土壤也差別很大。由于時(shí)間短回填土的含水率也不高，使得檢測(cè)結(jié)果往往失去真實(shí)性。因此檢測(cè)時(shí)應(yīng)盡可能找有原生土的區(qū)域打接地樁，回填土不厚的區(qū)域可除去表面回填浮土再打入接地極。這樣的測(cè)試結(jié)果才更接近真實(shí)值。

2.地下金屬管網(wǎng)的影響

對(duì)于市區(qū)的施工項(xiàng)目，由于周?chē)ㄖ芗?，地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，對(duì)接地電阻測(cè)試的影響很大。使用K-2127接地測(cè)試儀在城區(qū)使用四線法檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常遇到顯示結(jié)果為0.00Ω。其實(shí)，當(dāng)EP所在直線與地下金屬管道恰好重合時(shí)，EP兩點(diǎn)的電位有時(shí)相同，也就是說(shuō)EP之間的電位差為0，根據(jù)公式R=U/I，可知測(cè)試結(jié)果必然為零。為了盡可能減小地下金屬管網(wǎng)的影響，檢測(cè)時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離地下管網(wǎng)分布區(qū)，實(shí)在無(wú)法避開(kāi)時(shí)，應(yīng)盡可能使EPC三點(diǎn)連成的直線垂直于金屬管道的走向。

3.噪聲電流、電壓的影響

接地測(cè)試儀對(duì)大地的噪聲電壓、雜散電流等干擾信號(hào)也比較敏感，一般在儀器說(shuō)明書(shū)里都有比較詳細(xì)的說(shuō)明，檢測(cè)人員使用前必須仔細(xì)閱讀。以K-2127為例，當(dāng)噪聲電流大于2.1A、噪聲電壓大于5V時(shí)儀器會(huì)自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)出現(xiàn)噪聲報(bào)警信號(hào)時(shí)，應(yīng)使P、C極遠(yuǎn)離干擾源，或?qū)y(cè)試設(shè)備的電源暫時(shí)關(guān)掉以降低噪聲電壓后再進(jìn)行測(cè)試。

4.電流、電位接地樁位置的影響

如果電位極P、電流極C的土壤電阻率RP、RC太高，同樣對(duì)檢測(cè)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大影響。一般當(dāng)RP、RC≥50kΩ時(shí)，測(cè)量結(jié)果不能采用?，F(xiàn)在的測(cè)試儀也有這種情況的自動(dòng)報(bào)警裝置。測(cè)量時(shí)要注意將輔助接地極P、C極插入潮濕的土壤中，對(duì)于特別干燥的土壤可以澆足夠的水使土壤濕透后再打入接地極進(jìn)行檢測(cè)。

5.儀器本身的影響

目前常用的小地網(wǎng)檢測(cè)儀器本身由于設(shè)計(jì)和工藝的原因，對(duì)環(huán)境的溫濕度有一定的要求。一般情況下接地測(cè)試儀的工作溫度范圍在0℃至40℃之間，濕度在80%以下。溫濕度超出工作環(huán)境要求時(shí)，檢測(cè)結(jié)果會(huì)存在一定偏差。當(dāng)儀器電池電量不足時(shí)，儀器會(huì)顯示電量不足，檢測(cè)時(shí)同樣應(yīng)該注意，否則將影響檢測(cè)結(jié)果。

6.被測(cè)接地極本身因素

用電設(shè)備的絕緣問(wèn)題，部分短路引起的漏電現(xiàn)象、引下線附近有并接的高壓電源的干擾、零地混接等可引起被測(cè)接地極本身存在交變電流，使零地電位過(guò)大，影響接地電阻的測(cè)量準(zhǔn)確度。

7.電磁環(huán)境的影響因素

檢測(cè)區(qū)域附近有大功率的發(fā)射基地，如雷達(dá)、移動(dòng)、微波、衛(wèi)星等基站時(shí)，或檢測(cè)區(qū)域在高壓變電所及高壓線路、大功率設(shè)備頻繁啟動(dòng)場(chǎng)所附近時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的電磁場(chǎng)干擾。在檢測(cè)過(guò)程中使用功率大的對(duì)講機(jī)，也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響。在檢測(cè)高層建筑時(shí)，因測(cè)試加長(zhǎng)線垂在高空，如同一根天線將空中無(wú)線電、電磁雜波等信號(hào)經(jīng)測(cè)試線引入儀表，產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，使測(cè)量數(shù)據(jù)跳動(dòng)。

從以上分析可以看出，在實(shí)際接地電阻測(cè)量中，用完全正確的方法獲得完全符合接地電阻標(biāo)準(zhǔn)定義的“真實(shí)接地電阻值”難以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于天氣、氣候環(huán)境的變化，以及接地裝置周?chē)h(huán)境的改變，特定接地極的接地電阻也是不斷改變。因此可以認(rèn)為，特定接地極的“真實(shí)接地電阻值”也是不存在的。對(duì)接地電阻的測(cè)量目標(biāo)，就是要獲得與“真實(shí)接地電阻值”最接近的接地電阻值或是該接地極的“有效接地電阻值”。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，結(jié)合對(duì)接地電阻測(cè)量值影響因素的分析，應(yīng)采取如下方法：嚴(yán)格按照規(guī)范采用正確的接地電阻測(cè)量方法和測(cè)量工具設(shè)備；正確使用測(cè)量工具設(shè)備，排除外圍干擾因素；嚴(yán)格執(zhí)行測(cè)量程序和數(shù)據(jù)獲取方式；結(jié)合接地裝置的實(shí)際環(huán)境情況，對(duì)測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性分析和檢驗(yàn)評(píng)估，確定最合理的測(cè)量數(shù)據(jù)。

本文通過(guò)對(duì)防雷接地電阻測(cè)量的基本原理分析，以及實(shí)際案例的分析，揭示了影響接地電阻檢測(cè)準(zhǔn)確性的主要影響因子，并提出一套接地電阻檢測(cè)取值方法，期望對(duì)防雷接地電阻的檢測(cè)及接地工程的節(jié)約施工有一定的指導(dǎo)意義。