建筑電氣接地裝置土壤電阻率的檢測探討

郭純瑜

（中外建工程設計與顧問有限公司山西分公司，山西太原 030000）

0 引言

接地是防雷系統設計中不可或缺的關鍵環節之一，而接地電阻阻值測量工作則是防雷系統運行性能檢測的重要內容，接地電阻測量數據準確與否，不僅事關防雷系統的性能是否達到相關技術指標，而且是判斷防雷設施建設質量是否合格的關鍵。由于接地電阻測量過程中，經常受到人為因素、測量設備、季節等因素的影響，出現測量結果誤差過大的問題；所以，在開展防雷系統接地電阻測量工作時，在采用正確測量方法的同時，根據以往測量的經驗，分析導致防雷系統接地電阻測量數據出現偏差的內外部因素，制定針對性的解決策略，才能確保接地電阻測量數據達到設計標準和要求。

1 接地電阻的定義

接地電阻是指在已知頻率下，系統、裝置或設備的指定點與參考地之間的電阻。它包含兩部分，一部分為接地導體及接地極的電阻；另一部分為接地極周圍土壤的散流電阻。通過測量得知，接地導體、接地極的電阻值很小，可忽略不計，所以接地電阻一般是指散流電阻。電氣接地系統中，通常情況下存在兩種類型的電流分別為工頻電流和沖擊電流（雷電流），前者在土壤中產生的電阻成為工頻電阻，后者為沖擊電阻。雷電流可以在接地極附近形成很強的電場，將土壤擊穿并產生火花，相當于增加接地極截面，從而減少沖擊接地電阻；另外由于雷電流具有高頻特性，使得接地極本身電抗增大，電阻減小，沖擊接地電阻小于工頻接地電阻。工頻接地電阻和沖擊接地電阻均和土壤結構類型密切相關，一般通過先計算工頻電阻，再通過數學模型，得到沖擊接地電阻。

2 防雷接地施工的常見問題

在前期進行大型建筑電氣電線防雷用電接地系統施工的建設過程中，常常會遇到一些問題，這些問題是由于建筑施工人員及建筑相關工程專業技術人員對電氣防雷用電接地建設工程的認識程度不足所導致的，主要表現在以下幾個方面：①連接避雷帶未發生重大變形或嚴重損壞，未及時預留出來連接地線的防雷外接線，導致接上引下連接點之間的連接距離過大；②防雷連接用的地下線、避雷帶及連接均壓環的連接長度不足，焊接處理不到位；③防雷接地裝置的整體掩埋度和深度設計不足，對建筑工程中的連接引下輸出線未進行雨水防腐處理，導致連接引下輸出線被雨水腐蝕；④用于屋面的金屬件等物品未與電氣防雷接地系統內部形成有效的無縫連接；⑤防雷插座未與地面導線有效焊接。

3 土壤電阻率的影響因素

①巖土體礦物組分及接觸關系巖土體礦物組分及接觸關系決定其電阻率大小，其中礦物顆粒的接觸關系起重要作用，礦物組分的導電性和含量大小起次要作用。巖土體的礦物顆粒的接觸關系主要表現為蜂窩形（包圍形）、鑲嵌形（彼此交叉接觸排列）、單粒形（被包圍形）三種類型，蜂窩形的礦物成分對巖土體的電阻率起主導作用，鑲嵌形的礦物成分按含量的多少及導電性的強弱成比例，而單粒形的礦物成分對巖土體的電阻率影響不大。②巖土體中的孔隙水巖土體中的孔隙水因含有某些鹽分（電解質）而形成電解液，其電阻率都遠小于巖土體礦物的電阻率（巖土體孔隙水的電阻率很少超過10010Ωm，通常在1～10Ωm，與水的總礦化度成反比關系）；根據在飽和條件下巖土體的電阻率ρ=ρ水·（3/ω-1）可知巖土體的電阻率與孔隙水含量成反比，與孔隙水的電阻率成正比；另外在孔隙水為弱結合水（薄膜水）轉變為毛細水、自由水的過程中，隨著孔隙水含量增多巖土體的電阻率會急劇變小。

4 土壤電阻率的檢測

針對接地系統土壤電阻率的檢測不僅需要在接地裝置地網結構設計之前進行取樣測量，為設計地網電阻提供重要的參考依據，也應在項目接地裝置驗收過程中對其進行檢測，以判斷接地電阻的可靠性。土壤電阻率檢測是否準確是受土質結構和性質不同的影響，不同形式的土壤其導電性是不同。準確測量確定土壤電阻率對建筑物及電氣設備的接地設計有重要意義。到目前為止，探索出以下幾種方法可以測量土壤電阻率：①土壤試樣法；②三點法（深度變化法）；③兩點法（西坡土壤電阻率測定法）；④四點法；⑤大電流法；⑥變頻法等。

5 土壤電阻率對接地電阻影響

因為半球形接地極組成的接地裝置是研究接地的基礎，所以我們實驗中可以將半球形電極埋設在地面土壤下作為樣點，選取參考鏡面為地面，使半球形電極通過鏡像法構成全空間球形電極，通過這種方法驅使接地電流流出面積擴大1倍，可以將接地電阻減半。假設鏡像全空間球形電極處于靜電場中，相對電容率為ε，球體半徑為r（m），則球體電容依據公式計算：C=4επr在靜電場中，導體間的電容為C=UQ，而兩電極間的電導為Z=UI，I和U分指兩電極間電流和兩極間電壓，Q指電荷量。在靜電場中運用比擬原理，通過C和Z的可比性關系，RE=Cρε，當球狀接地導體處于電阻率為ρ的均勻導電介質中，其接地電阻R可按公式計算而半球狀導體電極的接地電阻正好是上述RE的一半，其他類型接地裝置比如單一接地體，復合接地體接地電阻值都可換算得到。現在一些項目設計人員并沒有根據項目具體情況進行實際計算，統一按聯合接地要求對電氣系統接地電阻值提出要求，雖然這種項目實施后大都符合標準或者不合格也可以通過簡單整改措施完成要求，但從規范性與經濟性上來說，前期進行一定的接地系統接地電阻設計是必要的。

6 土壤電阻率測試方法選擇

6.1 變電站工程場地電阻率測試方法選取

①非巖溶、土洞區或基礎影響范圍無溶洞、土洞、孤石分布的場地：山區、丘陵等比四周地形明顯高出的地段，地下水位埋深一般較大，場地范圍內地形起伏不大的宜優先考慮電測深法，地形起伏大或設計場地標高與現狀場地標高相差較大的宜在場地平整后采用電測深法進行土壤電阻率測量；個別地下水較淺或孔內水位及泥漿水位保持時間滿足測量需要時宜采用電測井法。對于盆地、山坳等比四周地形低或山前沖積、洪積平原等平緩地段，地下水位埋深較淺，優先考慮電測井法，當測量所需水位不滿足測試要求或地起伏不大時可選用電測深法；②基礎影響范圍有溶洞、土洞、孤石分布的場地：一般需要開展一定的物探工作，以結合鉆探資料證實巖土分布特征，因此開展土壤電阻率測試可優先選用高密度電法，既可提供準確的土壤電阻率資料，又能通過剖面電阻率異常結合鉆孔資料準確反映場地的巖土分布特征，保證了巖土勘察成果質量同時又減少了物探工作量。該類場地鉆探時多有漏水或下套管成孔，難以采用電測井法進行土壤電阻率測試，且有套管影響時測量結果不準確，因此不宜采取電測井法。

6.2 配電房工程場地電阻率測試方法選取

配電房多位于城鎮居民區，地形平坦，該類工程一般僅需場地淺層土壤電阻率成果，通常采用電測深法進行土壤電阻率測量；若進行了鉆探工作亦可采用電測井法且能準確得到更大深度范圍的土壤電阻率成果。

7 常用降阻措施

7.1 接地電阻測量中的控制措施

①測量接地網接地電阻時，P點至G點的距離要大于10m，小于10m測量結果誤差較大；②在測量時，必須根據接地裝置安裝現場的詳細情況選擇C點，確保G點至C點所在直線延長線必須通過接地網中心點D，也就是CG連線垂直于接地網邊緣，才能保證接地電阻值測量的準確性；③工作開始前，工作人員必須將接地電阻測量儀的測試線拉直，避免因為接地線出現相互纏繞的情況，影響數據的準確性；④在測量大體積物體的接地電阻值時，必須采取加長G點測量線長度的方式，避免因為接地線長度不足影響接地電阻測量的準確性；⑤針對硬化水泥地面無法進行打測量電極操作的情況，操作人員可以先將25cm2×25cm2鋼板放于水泥地面，然后澆上鹽水，用其代替測量電極，即可完成工作。

7.2 安全措施

在進行高層建筑物的電氣管線防雷電網接地裝置施工安裝過程中，必須注意以下幾點安全防護措施：①當安裝工程的施工人員進入現場后，必須按照最新的國家安全管理規范和技術規定進行安裝施工。在進行施工時，一定要及時安排專人負責，進行一對一的安全監督。另外，還要及時加強對安裝施工人員的安全意識教育，增強安裝施工人員的職業安全意識；②安裝施工現場的各種工具及材料必須及時指定專門的施工人員進行安裝管理，并嚴格看管好各個點的帶電接地開關，避免可能發生防雷漏電起火現象，危及安裝施工人員的安全；③在進行電氣防雷帶電接地裝置的日常安裝時，有時還要進行高空防雷作業，這就要求安裝施工人員必須隨身系好防雷安全帶并攜帶好防雷滅火器，防止防雷焊接施工過程中可能發生的重大火災；④在電氣防雷帶電接地裝置日常安裝工作完成后，應做好安裝施工現場的日常清理與維護工作。

8 結語

電氣設備安裝過程中的漏電防雷及接地保護工作一直是各類建筑施工過程中的重要工序，防雷保護工作不容忽視。本文主要介紹影響建筑電氣工程接地裝置電氣安全的關鍵——土壤電阻率的檢測，得出建設項目接地裝置土壤電阻率檢測受到多種因素影響，并且土壤電阻率對項目前期接地系統方案設計及后期電氣裝置接地的效率與質量起到關鍵作用。由上述分析可知，在建筑電氣工程整個建設周期內以及后期運行過程中，需要關注接地系統的穩定性與可靠性。在設計接地系統時，應充分考慮項目所在地的地質情況及土壤的電阻率變化情況，通過合理化設計擬定接地方案，配套后期接地裝置檢測驗收來保證接地系統達標。