影響接地電阻的因素

本公司生產(chǎn)的接地電阻測試儀在行業(yè)內都*，以打造更好的“接地電阻測試儀“高壓設備供應商而努力。

1、土壤電阻率 

  土壤電阻率ρ是決定接地電阻的重要因素。根據測量得到的土壤電阻率對接地裝置進(jìn)行設計，使接地電阻能夠滿(mǎn)足電力保障設備的正常運行，并使接地裝置之上的接觸電壓和跨步電壓能夠滿(mǎn)足對人體安全的要求。由于接地裝置的接地電阻主要是深層次土壤電阻率函數，

而接觸電壓和跨步電壓主要是接地裝置上表面的表層土壤的土壤電阻率的函數。

  大地對接地裝置的有效影響范圍在垂直方向上是接地裝置等效半徑r的2~4倍，水平方向上為距接地網(wǎng)的距離L的1~3倍。因此土壤電阻率是估算接地電阻，防雷設計的重要參數，還是分析雷電災害事故、總結防雷經(jīng)驗的重要參考。 

  正是因為土壤電阻率對接地的重要性，在進(jìn)行接地裝置設計與施工前，對土壤電阻率的測試以及對測試數據的分析顯得尤為重要，但局限于目前對土壤電阻率的測試方法，測試得到的土壤電阻率為視在土壤電阻率，不是實(shí)際土壤的真實(shí)電阻率，然后只有通過(guò)測試得到的視在土壤電阻率，通過(guò)數值上的計算，最終來(lái)確定土壤的分層，以及每層土壤的厚度，最終求得真實(shí)的土壤電阻率。

  土壤電阻率是眾多因素中影響接地電阻測試結果最直接、最重要的因素。前面討論用各種方法測量接地電阻均是在土壤電阻率均勻的前提下進(jìn)行的。若土壤電阻率ρ不均勻，及土壤出現水平或垂直分層的情況時(shí)，采用0.618法測量出得結果誤差將由于剖面兩側的土壤電阻率不同而大大增加。特別在被測接地網(wǎng)和電壓及之間，或電壓極與電流極之間，如過(guò)存在一條電阻率變化較大的地層，測量是誤差會(huì )非常的大。

2、地網(wǎng)的形狀與尺寸 

  在實(shí)際工程中，地網(wǎng)的形狀是五花八門(mén)。從敷設方式上總體上可以分為垂直接地，水平接地體，而更多的是兩者結合使用。由于現在大多為鋼筋混凝土結構建筑，接地體采用建筑的基礎鋼筋作為接地體，這就使得接地體的形狀與建筑的基礎形狀基本上一樣，形狀上千奇百怪，但都可以近似的看作網(wǎng)格、圓盤(pán)或者圓環(huán)來(lái)進(jìn)行計算。不同形狀的地網(wǎng)，其接地電阻的計算公式各有不同，即使是相同形狀、相同面積下、地網(wǎng)的敷設方式也會(huì )有很大的差異，例如同樣面積下地正方形地網(wǎng)，其內部具體的水平接地體與垂直體的根數，兩個(gè)接地體之間的距離也是不同的。由于集合屏蔽效應的存在，這兩個(gè)面積相同的地網(wǎng)在接地電阻上就會(huì )存在一定的差異?？傊煌螤畹慕拥伢w在理論上計算所得的接地電阻值本身就有很大的差異。在傳統的三極法測接地電阻測量中，我們是通過(guò)將測試電極拉開(kāi)與地網(wǎng)足夠遠的距離（通常為4~5倍的地網(wǎng)長(cháng)對角線(xiàn)長(cháng)），然后才能將不同形狀的地網(wǎng)近似的看作半球體來(lái)進(jìn)行計算和測量。 

  在工程上增大地網(wǎng)面積是降低接地電阻的有效方法之一，這是因為增大地網(wǎng)面積就是直接增大了接地體與土壤的接觸面積。在測量中，測量時(shí)需要將測試電極布置到足夠遠的位置才能達到要求，地網(wǎng)的尺寸越大，測量電極就需要布置的越遠，這樣在實(shí)際操作是就會(huì )越費時(shí)費力而且有時(shí)根本沒(méi)有條件滿(mǎn)足這一條件，測試電極布置位置沒(méi)能達到要就會(huì )對測量結果產(chǎn)生影響，使測量結果偏小。

  接地電阻的定義：向接地網(wǎng)注入1A的電流，接地網(wǎng)對大地的無(wú)限遠處零電位所產(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)為測試儀的電流極。圖中曲線(xiàn)為地表的等電位線(xiàn)，過(guò)P點(diǎn)的垂直線(xiàn)為零電位線(xiàn)，零電位線(xiàn)延伸到無(wú)限遠處。EC的距離應為接地極深度的5倍，EP的距離應為接地極深度的2.5倍，測試儀的電位極在P點(diǎn)，電流極在E點(diǎn)。按照接地電阻的定義，接地電阻R應為E點(diǎn)至無(wú)限遠處零電位的電位差U與測試儀從E點(diǎn)至C點(diǎn)的電流I之間的比值，即R=U/I。 

  下圖為接地網(wǎng)測量時(shí)輔助接地極P、C的布置。接地電阻測量?jì)x的E端應接在地網(wǎng)的邊緣上，EC的延長(cháng)線(xiàn)要通過(guò)地網(wǎng)的中心G點(diǎn)。當地網(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€(xiàn)沿地網(wǎng)周?chē)骄植?，電位極P處才有可能接近于真實(shí)零電位線(xiàn)。這樣測得的接地電阻R才會(huì )比較真實(shí)。否則P點(diǎn)處電位不為零，測試儀顯示的結果就有可能偏大或偏小。

  以上分析結果有一個(gè)前提條件：土壤在測試范圍內平坦且水平方向和垂直方向均勻分布，導電能力上呈各向同性，地下無(wú)金屬管道等影響等電位線(xiàn)發(fā)生畸變的外來(lái)因素。任何不滿(mǎn)足前提條件的干擾因素都會(huì )導致接地電阻的測試結果和實(shí)際情況存在偏差。另外天氣條件、地下雜散電流、儀器精度和人為操作也會(huì )對測試結果存在影響。由此可以看出，影響接地電阻測試準確性的因素很多，要想做到*準確、客觀(guān)地反映真實(shí)情況幾乎是不可能的。  

  筆者從多年的實(shí)際檢測工作入手，對接地電阻檢測的各種干擾因素做了一個(gè)初步的分析，希望和廣大防雷工作者一起探討研究。 

1、水平方向土壤特性變化的影響： 

  我們經(jīng)?？吹浇拥鼐W(wǎng)周?chē)耐寥澜Y構和成分并不一樣，含水量也不盡相同，這些差異直接導致了土壤在各水平方向上的導電能力的不一致。也使得等電位線(xiàn)在水平面上的發(fā)生畸變，這樣一來(lái)，電位極P在EC點(diǎn)的中點(diǎn)2.5D處的電位就有可能不是零電位了。筆者在“湖南省人民會(huì )堂"項目的防雷檢測中就發(fā)現了類(lèi)似的問(wèn)題。該項目設計接地電阻值為不大于1Ω。北面為礫石沙土層，西

  面為地下管網(wǎng)密集的市政公路，南面為省政府辦公區，東面為原生山地。僅東南方向山腳下為紅色粘土層。經(jīng)多次實(shí)地檢測，各方向檢測結果數據差異很大。北向礫石沙土層檢測結果為8.86Ω，東向山坡檢測結果為2.86Ω，西向因地面為瀝青路面無(wú)法打樁檢測，南向辦公區因干擾源較多測試結果為4.56Ω，僅東南向沿山腳的紅色粘土層測試結果為0.95Ω。這些測試結果差異較大，到底哪個(gè)才較為符合客觀(guān)實(shí)際呢？從左圖的等電位線(xiàn)模擬分布圖，我們可以看出，只有東南向紅色粘土層區的等電位線(xiàn)分布略顯均勻，將P、E極探針打在這個(gè)區域才能較真實(shí)反映出地網(wǎng)的實(shí)際接地電阻。所以說(shuō)此項目的接地工程應該是符合設計要求的。所以對于周邊土壤環(huán)境復雜的區域，防雷檢測時(shí)必須要多次測量、綜合分析，才能得出正確的結果。 

2、垂直方向土壤特性變化的影響 

  垂直方向土壤的變化我們大多數時(shí)候都不可能做到充分的了解，但是這種變化對測試結果的影響也是客觀(guān)存在的。大多數項目在施工過(guò)程中都會(huì )有在周?chē)⊥炼蠡靥畹那闆r?；靥顣r(shí)一般都是將建筑垃圾回填，這些回填的建筑廢棄物和土壤的導電特性肯定存在差異，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。使得檢測結果往往失去真實(shí)性。

  因此檢測時(shí)應盡可能找有原生土的區域打接地樁，回填土不厚的區域可以除去表面回填浮土在打入接地極。這樣的測試結果才更接近真實(shí)情況。 

3、地形的變化 

  檢測工作中我們常常會(huì )遇到施工現場(chǎng)存在高低落差大的地形因素，如果不加注意也會(huì )對檢測結果產(chǎn)生一定的影響。我們的檢測規范上也沒(méi)有針對不同地形提出有效的校正依據，相關(guān)的研究部門(mén)也沒(méi)有給出地形變化帶來(lái)的等電位線(xiàn)重新分布的模型。因此這里只能做一個(gè)定性的分析。地形抬升時(shí)由于土層的加厚，相當于導電線(xiàn)截面積的加大，水平方向電位降變化相對趨緩，因此等電位線(xiàn)變稀疏，P、C極的距離應適當加大。地勢降低時(shí)則相反，P、C極的距離應適當減小。 

4、地下金屬管網(wǎng)的影響 

  對于市區的施工項目，由于周?chē)ㄖ芗?，地下管網(wǎng)錯綜復雜，接地電阻測試有時(shí)候受的影響特別大。筆者現在使用的接地測試儀，在城區使用四線(xiàn)法檢測時(shí)，經(jīng)常遇到顯示結果為0.00Ω。其原因很好分析。當EP所在直線(xiàn)與地下有金屬管道恰好重合時(shí)，EP兩點(diǎn)的電位有時(shí)是相同的，也就是說(shuō)EP之間的電位差為0，根據公式R=U/I，可知測試結果必然為零。為了盡可能地減小地下金屬管網(wǎng)的影響，檢測時(shí)應盡量遠離地下管網(wǎng)分布區，實(shí)在無(wú)法做到避開(kāi)時(shí)，則應盡可能的使EPC三點(diǎn)連成的直線(xiàn)垂直于金屬管道的走向。 

  以上是上海滬怡技術(shù)人員在實(shí)際檢測工作中遇到的較為常見(jiàn)的問(wèn)題，在此也僅僅之作了一些粗淺的分析，許多問(wèn)題因水平所限也無(wú)法定量的分析結果。不足之處，懇請廣大同行、專(zhuān)家批評指正。