對稱四極法在土壤電阻率測試中的應用

黃啟春

(山東正元工程檢測有限公司，山東濟南 250101)

0 引言

接地系統是電站安全運行的基本保證之一，因為電氣設備的工作接地、保護接地與建筑物的防雷使用接地系統的接地電阻大小是該系統重要指標之一，接地電阻是直接反映出接地情況是否符合規范要求的一個重要指標［3］。對于接地裝置而言，要求其接地電阻越小越好，因為接地電阻越小，散流越快，跨步電壓、接觸電壓也越小。土壤電阻率的大小直接關系接地網的設計的難易和工程造價的高低。而影響接地電阻的主要因素有土壤電阻率，接地體的尺寸、形狀及埋入深度，接地線與接地體的連接等，而土壤電阻率的高低又是直接影響接地電阻大小的重要條件。因此，測試土壤電阻率，對接地裝置的正確設計起著決定性作用，具有重要的意義。

測量土壤電阻率的方法較多，有土壤試樣分析法、電磁測探法、兩極法、三極法和四極法等。四極法操作方便，準確性滿足工程計算的要求，成為土壤電阻率測試中常用的方法之一。

1 四極法測試土壤電阻率的工作原理與方法1．1 土壤電阻率測試工作原理

土壤電阻率測試是采用電阻率法來測試的，電阻率法中的對稱四極電測深法通過實踐檢驗，其準確性完全能滿足一般工程的需要，這種測量方法所需儀表設備少，操作簡單，而且在電力接地工程中根據土壤電阻率值來進行有效的接地設計，故這種電法測試技術引用前景較廣泛，成為工程中一種常用的測試技術。

對稱四極電測深法的工作原理:不同地層或同一地層由于成分或結構等因素的不同，而具有不同的電阻率，通過接地電極將直流電供入地下，建立穩定的人工電場在地表觀測某點在垂直方向的電阻率變化，從而了解地層土壤電阻率的分布特點。對稱四極電測深法的裝置示意圖如圖1所示，AB為供電電極，MN為測量電極，當AB供電時用儀器測出供電電流I和MN處的電位差ΔV，則地層的電阻率用式(1)計算:

其中，ρ為巖層的電阻率，Ω·m;ΔV為測量電極間的電位差，mV;I為供電回路的電流強度，mA;K為裝置系數，m，與供電和測量電極間距有關，按式(2)計算:

但實際工作中所遇到的地層既不同性又不均勻，故所測到的電阻率為視電阻率ρs值。

圖1 土壤電阻率測試原理圖

1．2 四極法測試土壤電阻率的工作方法

測量土壤電阻率的方法較多，有土壤試樣分析法、電磁測探法、兩極法、三極法和四極法等。四極法操作方便，準確性滿足工程計算的要求，成為土壤電阻率測試中常用的方法之一。

測試布極時將四個測試接地電極以相等的間距打入地下(測試儀以德國美翠MI2127多功能接地電阻測試儀為例)電極打入深度應小于電極間距的5%，如圖2所示。圖中“a”表示電極間距。

測量結果計算:

將上述裝置系數(K=πAM·AN/MN)代入:

令R=ΔV/I，則上式可寫為:

其中，R可直接從儀器讀出，在測試中只需要確定好電極間距即可。

圖2 土壤電阻率測試示意圖

1．3 接地網設計時土壤電阻率ρ的取值要求

土壤電阻率ρ是決定接地網的關鍵參數，如果土壤電阻率太大，接地網的接地電阻就很難滿足Rg≤2 000/I的要求(I為入地電流)。

2 工程應用

山東省某新建鐵路工程位于膠東半島與內陸地區咽喉地帶，線路全長約90．7 km。線路所經地區主要為濱海平原區及沖積平原區。地形平坦開闊，地表多為耕地。表層為第四系地層覆蓋，覆蓋層的厚度22．9 m～30．2 m，下伏下元古界粉子山群及荊山群變質巖，主要巖性有片麻巖、頁巖、大理巖、變粒巖等。

本次土壤電阻率測試采用德國美翠MI2127多功能接地電阻測試儀進行測試。儀器性能指標如表1所示。

表1 德國美翠(METREL)MI2127性能指標

MI2127接地電阻測試儀可以直接測讀到電阻率，在測試中只需要確定好電極間距即可。在確定好電極間距后，將四根測試電極以相等的極距打入待測點，連接MI2127接地電阻測試儀導線，在MI2127接地電阻測試儀中設置好測試接地電極之間的電極距，即可測試該點的土壤電阻率。

沿線路位置共測試6處位置的土壤電阻率。測試點位如下:DK23+800，DK32+900，DK44+060，DK46+100，DK68+900．01，DK80+330．6。在距線路中線點位兩側50 m位置處各測試一組土壤電阻率，分別測試1 m，2 m，3 m，4 m，5 m深度的土壤電阻率，完成12組土壤電阻率組測試，每組測試5個深度的土壤電阻率數據，共獲得測試數據60個。測試成果如表2所示。

表2 土壤電阻率測試成果表

從測試成果分析看出，沿線各測試點的土壤電阻率在5 m深度內隨測試深度的增加呈減小的趨勢。個別測試點受表層土壤結構松散的影響，電阻率較大。

3 結語

1)本次測試數據為該工程接地網設計提供了關鍵的電阻率參數。

2)土壤電阻率的大小不僅直接關系到接地裝置接地電阻的大小，而且還直接關系接地網的設計的難易程度和工程造價的高低。是接地計算中一個重要的參數。而四極法測量土壤電阻率，準確性能滿足工程計算的要求，成為土壤電阻率測試中常用的方法之一。

［1］ 李志江．防雷設計中土壤電阻率及其測量［J］．遼寧氣象，2001(3):92-94．

［2］ 李景祿．實用電力接地技術［M］．北京:中國電力出版社，2002．

［3］ 祝應宏，段偉強．電力勘察中土壤電阻率測試分析研究［J］．工程勘察，2011(12):76-78．

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［5］ 何金良．發變電站接地系統的季節系數分析［J］．高壓電器，2003，39(3):1-3．

［6］ 孫為民．季節因素對發變電站地表高阻層安全效果的影響［J］．中國電力，2000，33(1):62-64．