土壤電阻率的原理及測(cè)量土壤電阻率的測(cè)量方法

1.土壤電阻率的原理及測(cè)量

◆土壤電阻率是土壤的一種基本物理特性，是土壤在單位體積內(nèi)的正方體相對(duì)兩面間在一定電場(chǎng)作用下，對(duì)電流的導(dǎo)電性能。一般取1m的正方體土壤電阻值為該土壤電阻率 。

◆是決定接地體電阻的重要因素，為了合理設(shè)計(jì)接地裝置，必須對(duì)土壤電阻率進(jìn)行實(shí)測(cè)，以便用實(shí)測(cè)電阻率做接地電阻的計(jì)算參數(shù)。

◆土壤電阻率的測(cè)量的測(cè)量方法很多，如地質(zhì)判定法、雙回路互感法、自感法、線(xiàn)圈法、偶極法以及四電極測(cè)深法等 。

2.土壤電阻率的測(cè)量方法

2.1 四電極測(cè)深法（推薦）

◆四極電測(cè)深法通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，其準(zhǔn)確性，完滿(mǎn)足工程計(jì)算要求，這種測(cè)量方法所需儀表設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單成為工程設(shè)計(jì)中的一種常用的方法。因此，推薦采用四電極測(cè)深法測(cè)量土壤電阻率。

◆測(cè)試布極方法如圖下圖所示（測(cè)試儀表以 ZC—8 型接地電阻測(cè)量?jī)x為例）

◆注意事項(xiàng)：

*a的取值為接地體的埋設(shè)深度a一般取 5m，對(duì)于基礎(chǔ)較深的大樓其基礎(chǔ)作為接地體一部分的，則a可取10m。

*四根極棒布設(shè)在一條直線(xiàn)上，極棒的間距相等為a。

*接線(xiàn)時(shí)，將儀表上的P2、C2接線(xiàn)端子間的短路片斷開(kāi)。

*極棒與儀表上接線(xiàn)端子的連接順序不能顛倒。

*各極棒的打入地下深度不應(yīng)超過(guò)極棒間距 a的 1/20。

*為避免地下埋設(shè)的金屬物對(duì)測(cè)量造成的干擾，在了解地下金屬物位置的情況下，可將接地棒排列方向與地下金屬物（管道）走向呈垂直狀態(tài) 。

◆測(cè)量結(jié)果計(jì)算：

式中：

ρ－土壤電阻率（Ω·m）；

Ｒ－所測(cè)電阻（Ω）；

ａ－測(cè)試電極間距（m）

ｂ－測(cè)試電極入地深度（m）

當(dāng)測(cè)試電極入地深度ｂ不超過(guò) 0.2ａ時(shí)，可假定ｂ＝0，則計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：

◆測(cè)量電極建議用直徑不小于1.5cm 的圓鋼或＜25×25×4 的角鋼，其長(zhǎng)度均不小于40cm。

◆被測(cè)場(chǎng)地土壤中的電流場(chǎng)的深度，即被測(cè)土壤的深度，與極間距離a 有密切關(guān)系。當(dāng)被測(cè)場(chǎng)地的面積較大時(shí)，極間距離a 應(yīng)相應(yīng)地增大。

◆為了得到較合理的土壤電阻率的數(shù)據(jù)，改變極間距離a，求得視在土壤電阻率ρ與極間距離a 之間的關(guān)系曲線(xiàn)ρ=f(a)，極間距離的取值可為5、10、15、20、30、40m、?，zui大的極間距離amax 可取擬建接地裝置zui大對(duì)角線(xiàn)的三分之二。

◆土壤電阻率應(yīng)在干燥季節(jié)或天氣晴朗多日后進(jìn)行，因此土壤電阻率應(yīng)是所測(cè)的土壤電阻率數(shù)據(jù)中zui大的值，為此應(yīng)按下列公式進(jìn)行季節(jié)修正：

式中：

ρ——土壤電阻率計(jì)算值；

ρ₀——所測(cè)土壤電阻率；

ψ——季節(jié)修正系數(shù)

表 根據(jù)土壤性質(zhì)決定的季節(jié)修正系數(shù)表

注：

Ψ1—測(cè)量前數(shù)天下過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的雨，土壤很潮濕時(shí)用之；

Ψ2—測(cè)量時(shí)土壤較潮濕，具有中等含水量時(shí)用之；

Ψ3—測(cè)量時(shí)土壤干燥或測(cè)量前降雨不大時(shí)用之。

2.2 模擬法

◆模擬法又叫三極法，其中的三極是下圖被測(cè)接地裝置G，測(cè)量用的電壓極P 和電流極C。圖中測(cè)量用的電流極C和電壓極P離被測(cè)接地裝置G邊緣的距離為dGC=(4～5)D 和dGP=(0.5～0.6)dGC， D 為被測(cè)接地裝置的zui大對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，點(diǎn)P 可以認(rèn)為是處在實(shí)際的零電位區(qū)內(nèi)。如果想較準(zhǔn)確地找到實(shí)際零電位區(qū)，可以把電壓極沿測(cè)量用電流極與被測(cè)接地裝置之間連接線(xiàn)方向移動(dòng)三次，每次移動(dòng)的距離約為dGC 的5%，測(cè)量電壓極P 與接地裝置G 之間的電壓。如果電壓表的三次指示值之間的相對(duì)誤差不超過(guò)5%，則可以把中間位置作為測(cè)量用電壓極的位置。

圖中：

C－測(cè)量用電流極

P－測(cè)量用電壓極

G－被測(cè)量接地裝置

M－接地電阻測(cè)量?jī)x

h－測(cè)量電極長(zhǎng)度

◆用電壓表指示值UG除以電流表的指示值I，得到被測(cè)接地裝置的工頻接地電阻RG。

◆如果在測(cè)量工頻接地電阻時(shí)，dGC 取(4～5)D 值有困難，那么當(dāng)接地裝置周?chē)耐寥离娮杪瘦^均勻時(shí)，dGC 可以取2D 值，而dGP 取D 值；當(dāng)接地裝置周?chē)耐寥离娮杪什痪鶆驎r(shí)， dGC 可以取3D 值，dGP 取1.7D 值。

◆如果接地裝置周?chē)耐寥离娮杪瘦^均勻，也可以用三角形布置電極的方式測(cè)量工頻接地電阻。電壓極和接地裝置等效中心的連接線(xiàn)與電流極和接地裝置等效中心的連接線(xiàn)之間的夾角，一般取dGP≈dGC=2D，θ≈30°。當(dāng)接地裝置的zui大對(duì)角線(xiàn)較小，且工頻接地電阻值大于0.5Ω時(shí)，也可以用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量接地電阻，但其電壓極和電流極應(yīng)按前面提到的要求布置。

◆測(cè)量土壤電阻率的模擬法是在被測(cè)場(chǎng)地打入一垂直接地體，用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量得到該接地體的接地電阻值R，然后由下式得到等效土壤電阻率

接地極的直徑d 應(yīng)不小于37.5px，長(zhǎng)度h應(yīng)不小于1m。

◆模擬法只適用于土壤電阻率較均勻的場(chǎng)地。

◆因?yàn)橥寥澜Y(jié)構(gòu)的不均勻性，測(cè)量電極應(yīng)盡量避開(kāi)有明顯巖石、裂縫和邊坡等不均勻土壤上布置。為了得到較可信的測(cè)量結(jié)果，通常采用九點(diǎn)法（即把被測(cè)場(chǎng)地分為九片，進(jìn)行多處測(cè)量，土壤電阻率列表取測(cè)量結(jié)果的平均值）。

◆九點(diǎn)法測(cè)量土壤電阻率通常采用的是在以設(shè)計(jì)接地網(wǎng)的四個(gè)角、四個(gè)外邊緣的中點(diǎn)及接地網(wǎng)的中心點(diǎn)共九點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

◆模擬法測(cè)試后經(jīng)得出的土壤電阻率計(jì)算值應(yīng)根據(jù)測(cè)量時(shí)的情況進(jìn)行季節(jié)系數(shù)修正。

◆計(jì)算接地裝置的土壤電阻率時(shí)，應(yīng)取雷雨季節(jié)中無(wú)雨水時(shí)zui大的土壤電阻率，一般按下式計(jì)算：

式中：

ρ——土壤電阻率計(jì)算值；

ρ₀——所測(cè)土壤電阻率；

ψ——季節(jié)修正系數(shù)

在計(jì)算接地電阻時(shí)，實(shí)測(cè)的土壤電阻率，要乘以下表中所列季節(jié)系數(shù)Ψ1、Ψ2或Ψ3進(jìn)行修正。

各種性質(zhì)土壤的季節(jié)系數(shù)

注：

Ψ1—測(cè)量前數(shù)天下過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的雨，土壤很潮濕時(shí)用之；

Ψ2—測(cè)量時(shí)土壤較潮濕，具有中等含水量時(shí)用之；

Ψ3—測(cè)量時(shí)土壤干燥或測(cè)量前降雨不大時(shí)用之。