土壤電阻率的測試方法及測試結果分析

高文信

(中國建筑材料工業地質勘查中心云南總隊，云南昆明 650031)

在工程建設中，防雷接地是其重要的一項工作。對防雷接地裝置而言，土壤電阻率數據的準確，將會給防雷設計提供依據。因此，正確測試、分析土壤電阻率，不僅關系到接地電阻是否達標、接地壽命以及接地系統的成本，而且也是確保設備及建筑物有效避免雷擊的關鍵。

1 電阻率測試基本原理

從物理學中得知，土壤電阻率其計算公式一般為:

其中，ρ為物質的導電性;R為土壤電阻率，Ω;L為導線長度，m;S為導線橫截面面積，m2。土壤電阻率是指長、寬、高各為1 m的立方體土壤相對兩面間的電阻(見圖1)，單位為Ω·m，在土壤電阻測定時，可以借用式(1)。

圖1 土壤電阻示意圖（單位：m）

2 土壤電阻率的測試

土壤電阻率的測試方法很多，如地質判定法、雙回路互感法、自感法、線圈法、偶極法以及四極電測深法。目前，多采用四極電測法，其準確性完全能滿足工程設計要求，這種測試方法所需儀表設備少，操作簡單，易于工程中應用。

2.1 測試方法及計算公式

土壤電阻測試儀表多為ZC-8，采用四點法，用4個端鈕的電阻測試儀測試土壤電阻率，其接線如圖2所示。測試時需要4根金屬探棒，內側(P1，P2極)兩根為電壓棒，采用銅質棒，外側(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 土壤電阻率測量示意圖

使用電阻測試儀都為ZC-8型，當搖動接地電阻測試儀手柄時，手搖發電機產生105 Hz～115 Hz的交流電，通過C1，C2金屬探棒流入被測大地，再從金屬探棒下引出回到接地電阻測試儀。由P1和P2探棒測出的電壓值是C1和C2之間大地由于上述交流電引起的電壓值，測試結果計算如式(2):

其中，ρ為土壤電阻率，Ω·m;R為所測電阻，Ω;a為電極間距，m;b為電極入地深度，m。當電極入地深度b不超過0.2a時，可以假定b=0，則計算公式可簡化為:

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

2.2 測試時注意事項

1)測試時各極棒打入地下深度不應超過極棒間距a的1/20，間距a同時也反映了測試的深度范圍，因此可以改變a值的大小，測出分別為深1.5 m，3 m，6 m，12 m時的土壤電阻率，即可反映不同深度時土壤電阻率是否一致。2)使用接地電阻測試儀時轉速按100 r/min～120 r/min速度搖動搖表手柄，應選擇合適的電阻檔位，指針穩定后再讀數。3)四根極棒布設在一條直線上，接線時，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，當地下存在金屬物時，可將接地棒排列方向與地下金屬物走向一致。4)土壤電阻率的測試宜在干燥季節或天氣晴朗多日后進行。土壤電阻率ρ值還需考慮將測試值 ρ0乘以季節修正系數［1］φ。即:ρ=ρ0φ。修正系數φ的取值，可以根據測試時的情況和接地裝置的設計或實際狀況查表1取值。5)使用接地電阻測試儀時應水平放置，以便獲得準確的測試數據。6)如果在測試探棒附近有與被測接地極相連的金屬管道或電纜，則整個測試區域的電位將產生一定的均衡作用，從而影響測試結果。7)搖表接線會因生銹或氧化影響測試值，在測試前應進行除銹。

3 土壤電阻率的測試結果分析

根據野外測試得到的電阻率值，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)土壤類型對土壤電阻率影響最大。不同性質的土壤，其電阻率甚至相差幾千到幾萬倍［1］。不同性質的土壤電阻率見表2。2)含水量對土壤電阻率也有很大影響。絕對干燥的土壤電阻率可以認為接近無窮大。含水量對土壤電阻率的影響，隨土壤的種類不同有所不同，如表2所示。3)溫度對土壤電阻率的影響，當土壤溫度在0℃以下時，由于其中水分結冰、土壤凍結，電阻率會突然增加。4)土壤的含鹽量，當土壤中含有Cl－，H+，(OH)－成分時，電阻率會顯著下降。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 各種性質的土壤電阻率季節修正系數

表2 不同性質的土壤電阻率參考值 Ω·m

4 結語

對于避雷系統接地裝置而言，要求其接地電阻越小越好，因為接地電阻越小，散流越快，落雷物體高電位保持時間越短，危險就越小。影響接地電阻的最重要的參數是土壤電阻率，如果土壤電阻率數據不準確，將會給防雷設計提供錯誤的基礎數據。采用文中介紹的四點法測試土壤電阻率，土壤電阻率數據準確，將給防雷設計提供合理、準確的基礎數據。

［1］陳戌生，張惠勤.電力工程電氣設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［2］DL/T 5170-2002，變電所巖土工程勘測技術規定［S］.

［3］DL/T 5159-2002，電力工程物探技術規程［S］.

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

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