乌鲁木齐地区土壤温、湿度变化对接地电阻的影响

霍广勇，王红，周雄伟，葛新力

（新疆维吾尔自治区防雷减灾中心，新疆乌鲁木齐 830002）

乌鲁木齐地区土壤温、湿度变化对接地电阻的影响

霍广勇，王红，周雄伟，葛新力

（新疆维吾尔自治区防雷减灾中心，新疆乌鲁木齐 830002）

对5组不同埋设深度的接地体的接地电阻经过长达2a（2008年11月—2010年10月）的跟踪观测，得到接地电阻和土壤电阻率的试验数据，利用观测场有关气象资料与试验数据进行对比分析，初步研究了乌鲁木齐地区土壤温、湿度变化对接地电阻的影响。为乌鲁木齐地区防雷装置的设计、施工特别是冬季检测业务提供了较为科学、合理的依据。

土壤温度；土壤湿度；土壤电阻率；接地电阻；影响

接地电阻值的大小是衡量一套防雷装置安全泄流性能好坏的重要技术指标之一[1]。影响雷电防护接地装置的接地电阻值的因素很多[2-3]，其很大程度上决定于土壤电阻率，而影响土壤电阻率的因素也很多，包括土壤的结构、类型、疏松、温度、湿度以及土壤中含有可溶性电解质的成分（如酸、碱、盐）等，其中土壤的温度、湿度是影响土壤电阻率的两个主要因素[4]。也就是说，接地体的接地电阻随着土壤电阻率的变化而变化，接地电阻主要取决于该土壤的温度和湿度[5]。土壤温、湿度变化对土壤电阻率的影响在很多文献[6-7]中都作了介绍，而新疆对于这些问题的研究较少。

新疆冬季寒冷且时间长，从11月上、中旬到翌年的3月上、中旬，是新疆的冬季[7]。室外适宜施工的时间短，每年入冬前后是防雷装置竣工检测和验收的高峰期。接地电阻冬季能否检测、检测的数据是否可靠、乌鲁木齐适宜检测时间等问题应运而生。为此，通过在乌鲁木齐天山区气象局观测场旁埋设的4组不同深度接地体，获取了2a的接地电阻和土壤电阻率观测数据，分析了4组不同埋设深度接地体接地电阻和土壤电阻率随时间的变化特征，并结合观测场的土壤温、湿度资料，分析了与接地电阻和土壤电阻率观测数据同期的土壤温、湿度变化对接地电阻的影响，初步得到乌鲁木齐地区接地装置适宜检测时间，提出了冬季检测方法，为高寒地区雷电装置的设计、施工和检测提供了较为合理、科学的依据。

1 观测环境、实验方法、资料来源和分析方法

1.1 观测环境

选择乌鲁木齐天山区气象局院内观测场附近的空地作为试验场地，土壤类型为粗砂土和黄土的混合体。

1.2 实验方法

在试验场地深度为40、80、160、320 cm处设置4组50 cm×50 cm扁钢组成的接地装置，在距地面20 cm深处设置1组土壤电阻率测试点，进行2a（2008年11月—2010年9月），每月2～4次的观测。

1.3 资料来源

采用DER2571B雷电防护接地装置接地电阻测试仪测量接地电阻值和土壤电阻率。根据天气情况确定观测时间，每次观测取得40、80、160、320 cm深度接地电阻，观测场接地电阻以及土壤电阻率等6组数据。

为了便于比较，选择了与试验地网埋设深度相近的观测站土壤温、湿度观测数据。其中，直接利用土壤温度自动观测和土壤湿度人工观测数据，而土壤湿度自动观测数据经过了筛选，剔除个别有明显错误的数据，与接地电阻数据一起，进行有关分析。

1.4 分析方法

40cm深度资料分析相关性较明显，本文主要采用40 cm深度土壤温度和湿度以及观测得到的接地电阻和土壤电阻率资料建立逐月时间序列，分别绘制相关的变化曲线。

2 数据分析

2.1 土壤温、湿度的变化

2.1.1 土壤温度的年变化

40cm深度土壤温度在-5～27℃范围内变化，最低温度出现在1月下旬至2月中旬，最高温度在7月中旬至8月上旬。80 cm深度土壤温度在-1～24℃范围内变化，最低气温出现在2月，最高气温在8月。160 cm深度土壤温度在4～21℃范围内变化，最低气温出现在3月，最高气温在9月。320 cm深度土壤温度在7～17℃范围内变化，最低气温出现在4月，最高气温在10月（图1）。

图12008—2010年各深度土壤温度的月变化

分析得出：（1）正常情况下土壤温度近似按正弦规律变化，且随着深度增加愈接近正弦曲线。（2）土壤温度的变化范围随着深度的增加变小；最低温度、最高温度的出现时间随着深度的增加向后延迟。

2.1.2 土壤湿度的年变化

随着温度的变化和降水出现，土壤湿度有较大变化。温度升高，湿度减少；出现降水特别是有一定量的降水，湿度明显增大。乌鲁木齐一般降水量不大，所以对浅层土壤湿度影响较大，对深层土壤湿度影响相对较小，因此深层湿度变化规律没有土壤温度明显。

2.2 土壤电阻率的年变化及土壤温、湿度的影响

2.2.1 土壤电阻率的年变化

采用4点法测土壤电阻率，设定测试棒之间距离为1m，测得的土壤电阻率主要与3m范围内土壤组成的成分、温度、湿度等参数有关。

随着时间的变化，土壤电阻率发生很大的变化，在冻土出现前，最大与最小值相差近600 Ω·m，冻土出现后，土壤电阻率急剧上升，以致仪器无法观测。2.2.2土壤温、湿度对土壤电阻率的影响

土壤电阻率随温度变化而变化，温度对土壤电阻率的影响呈现出两极性变化趋势。当土壤温度从0℃开始上升，地面积雪逐渐融化，土壤电阻率开始下降；随着温度的升高，雪水逐渐消失后，土壤的水分开始蒸发，土壤电阻率开始上升；当地面温度降低到0℃及以下时，土壤水分结冰，出现冻土，土壤电阻率急剧上升。当降水或浇水造成40 cm深度土壤温度和湿度发生变化时，影响土壤电阻率值的变化。

当土壤湿度增加，土壤电阻率呈下降的趋势，土壤湿度增加到70%以上，土壤电阻率将趋于稳定；当土壤湿度减少，土壤电阻率将呈上升趋势。在有大降水或者是地面湿度较大时，土壤电阻率急剧下降。观测显示2010年7月12日，观测场旁实验场地上绿化浇水，导致电阻率突然变小。

2.3 接地电阻的年变化及土壤温、湿度对其影响

2.3.1 接地电阻的年变化

随着时间的变化，接地电阻发生一定的变化，但远小于土壤电阻率的变化范围。冻土出现后，接地电阻值迅速上升，以致仪器无法观测。随着接地装置深度的增加，接地电阻值变化的范围逐步减小。

2.3.2 土壤温、湿度对接地电阻的影响

温度对接地电阻的影响，远小于湿度对接地电阻的影响。由于开春融雪、夏季降水的因素，造成接地电阻值的波动。总体来说，当土壤温度逐步上升时，土壤水分蒸发，接地电阻逐渐上升；当土壤温度逐步下降时，接地电阻呈逐渐下降趋势。当土壤温度下降到0℃及以下时，观测到的接地电阻数据大幅上升，出现明显误差。

当湿度增大时，接地电阻下降；当湿度减小时，接地电阻增大；出现冻土，接地电阻明显上升。具体来说，每年3月开始，积雪融化，湿度很大，此时测得的电阻值是地表雪水电阻与地网电阻并联值，阻值很小；积水消失接地电阻值逐渐增大；出现降水，湿度增大，接地电阻开始减小。

3 结论

（1）接地电阻受土壤电阻率的影响，两者呈正相关关系。土壤电阻率受土壤温、湿度变化的影响较大：温度对土壤电阻率的影响呈现出两极性变化趋势；土壤湿度与土壤电阻率呈负相关趋势。

（2）乌鲁木齐接地装置的检测时间最早大约在3月中旬开始，每年最迟大约在11月中下旬停止（主要取决于气候条件）。在开春和入冬前对防雷装置的检测时，应及时查看温湿等气象条件。为保证检测质量，应避免在雨天、土壤出现冻结和地表有积水情况下检测土壤电阻率和接地电阻。

（3）防雷装置接地电阻的稳定性随着埋设深度增加而增加，但考虑到投资成本等因素，防雷装置设计和施工时，防雷接地装置应埋设冻土层之下。

（4）每年第4季度是建筑物验收高峰期，但进入冬季后，冻土层出现，不适宜直接对接地电阻进行检测。建议在冻土层出现前完成防雷装置接地电阻测试，在冬季采用等电位检测仪器，利用之前的接地电阻检测点为基准点进行检测，这样既满足了用户急于验收，又能保证工程的验收质量。通过春夏季的电阻检测比较，这种方法符合检测要求。

[1]罗茂兴，周德吉，葛意活.高山风化石土壤防雷接地降阻工程技术探讨[J].广西气象，2003，24（1）：41-43.

[2]中华人民共和国建设部GB50057-94.建筑物防雷设计规范.北京：中国计划出版社，2001.

[3]中华人民共和国建设部GB50343-2004.建筑物电子信息系统防雷技术规范.北京：中国建筑工业出版社，2004.

[4]马文义，王颢.冻土地区降低接地电阻方法的探讨[J].科技交流，2005，147（3）：53-56.

[5]国家质量技术监督局GB/T17949.1-2000.接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则.北京：中国气象学会雷电防护委员会，2005：127-155.

[6]张学文，张家宝.2006.新疆气象手册[M].北京：气象出版社，72-126.

[7]《新疆短期天气预报指导手册》编写组.新疆短期天气预报指导手册[M].乌鲁木齐：新疆人民出版社，1986：41-50.

[8]《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T21431-2008.

[9]IEC61643-1:1998《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则》GB18802.1-2002.

Effects of the Changes in Soil Temperatureandmoisture on Ground Resistance in Urumqi

HUO Guangyong，WANG Hong，ZHOU Xiongwei，GE Xinli
（The Lightning Protection Center of Xinjiang Uygurautonomous Region，Urumqi 830002，China）

The test data of resistanceand soil resistivity was collected by follow-up observation of 5 groups grounding resistance of the grounding with different burial depth for 2 years（from November 2008 to October 2010），which was compared with relevantmeteorological data of the observation field to study the effects of changes in soil temperatureand soilmoisture on Ground Resistance in Urumqi.This providedmore scientific,rational foundationandmethod for the designand construction,especially winter testing business,of the lightning protection systems in Urumqi.

soil temperature；soilmoisture；soil resistivity；grounding resistance

P468

B

1002-0799（2014）06-0070-03

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.06.013

2014-04-16；

2014-09-07

新疆气象局课题“乌鲁木齐地区不同季节土壤温度变化对接地电阻的影响（200909）”资助。

霍广勇（1964-），男，工程师，现从事防雷技术服务工作。E-mail:2417548208@qq.com

霍广勇，王红，周雄伟，等.乌鲁木齐地区土壤温、湿度变化对接地电阻的影响，2014，8（6）：70-72.