土壤电阻率在建筑物防雷的应用

裴苏华 伍玉珊 裴苏清

【摘要】随着当今世界的飞速发展，各处的高楼大厦拔地而起，城市人口的增长速度也飞快，所以建筑物的防雷对于保障建筑的安全与人员的安全显得十分重要。对于现代化的建设，要讨论建筑物防雷，就首先要想到的是建立在地面上的建筑物的位置分布状况、建筑物类型以及土壤的电阻率在建筑物防雷设计中的应用。

【关键词】土壤电阻率；建筑物；防雷；接地系统

随着现代科技的飞速发展，建筑物防雷工作的发展也取得了很大进步，但是在不同地区，还存在某些问题有待解决。要想完全避免，还需要我们做进一步的研究，本文就土壤电阻率基本概念、影响因素、以及在建筑物防雷中的应用进行了详细的论述，另外在接地系统中的应用，并对接地系统的施工进行了简单介绍。

一、探究影响土壤电阻率的因素

（一）导电离子在土壤中的浓度

经过研究发现，影响土壤电阻大小的因素包括有土壤中导电离子的浓度和含水量的大小。土壤的湿度越大，其导电离子的浓度就会越高；土壤的含水量越多，导电性能也就随之越强，密度也就越小；反之，密度也就越大。这也就是导致接地体的接地电阻与土壤干湿关系所在。如图1所示，在含水量处于15%～20%以上时，其密度几乎保持不变。（其中土壤电阻率的单位为Ω·m，含水量的单位为%。）

图1 含水量对砂和砂质粘土的土壤电阻率的影响曲线

（二）温度与湿度的影响

1.温度也很大程度影响着土壤电阻率。一般来讲，温度升高，土壤电阻率就会呈现下降趋势。

2.降水和冰冻气候条件下土壤电阻率明显呈现不同的变化。当出现降水的时候，雨水进入土壤，地表层土壤的ρ降低，低于深层土壤；冬季天气比较寒冷，由于土壤的冰冻作用，地表层土壤的ρ升高，高于深层土壤。由此，土壤表层的结构更容易在雨水或者冰冻作用下与土壤深层结构呈现不同的结构。

二、土壤电阻率的基本概念

（一）对土壤电阻率的认识

土壤电阻率在接地工程中非常常见，是常用的参数之一，它是指单位长度内土壤的平均电阻值，其单位为Ω·m。在接地体电阻中，极易因为土壤电阻率受到影响，在其实际运用过程中，必须要提前对其进行实际测量，以便更加合理的设计接地装置，从而确保实测电阻率可以直接用作接地电阻的计算值。除此之外，土壤电阻值还会影响到接地装置中接地电阻值的大小，而这里所说的接地电阻是指电流经过接地体之后进入到大地并逐渐向周围扩散所遇到的电阻，由于大地本身存在一定大小的电阻率，当电流直接流过时，大地就会处于不同的电位当中。接地电阻也极易受到接地装置中结构、尺寸及其埋入地下部分的深度与土壤电阻值的影响，这是由于土壤自身的电阻率远远大于金属接地体的电阻率，所以在接地体本身可以不考虑金属接地体的电阻。

（二）土壤电阻率的测试方法

目前，我国使用的测量土壤电阻率的方法有4中，分别是：线圈法、自感法、地质判读法、四电极测深法。由于四极测深法本身能够满足工程的计算要求，在通过对其进行实践检验与确保其精确度的时候精确度较高，所以四极电测深法的使用最为频繁。而且四电极测深法所需仪表设备少，价格便宜，操作简单，在工程设计中的常为人们所用。但是，在四极测深法的使用过程中，仍然要注意以下几点：

1.接地体在埋入地下的深度一般以5m为准，但是相对于基础较深的大楼，在其基础作为接地体的一部分的时候可以将其深度增加到10m；

2.地下埋设的金属物对测量的干扰程度非常大，因此，事先要了解清楚金属物的位置，然后使接地棒的排列方向与其地下埋设的金属物呈现垂直状态；

3.四根极棒布设在一条直线上，极棒的间距均为埋设深度；

4.在进行接线处理时，要先断开仪表上的P2、C2接线端子间的短路片；

5.不能随意颠倒极棒与接线端子的连接顺序；

6.各极棒的打入地下深度不应超过极棒间距的1/20。

三、土壤电阻率运用于建筑物防雷设计

（一）接地的概念

国外专家对“接地”有这样的理解，电气回路或设备与大地，或与代替大地的导体之间的导电的连接，可以是有意的连接，也可以是无意的连接。通过这个释义，可以看出毫无疑问术语“地”是关键字，而接地的主要目的就是保证电气安全。另外保持电源通路方面接地是很重要的，面临建筑物的配电系统，我们可以适当的选择在靠近电源进线处打一接地棒来接地。

将回路导线与地连接或将设备接地可起到如下作用：首先需要避免工作人被雷击中

可以采取提供设备与近处金属物体间的低阻抗连接；接着需要防产生电火花或电弧，可以给静电电荷提供对地泄放通路；给雷电感应电流提供低阻抗的对地泄放通路；给接地故障电流提供返回电源的低阻抗通路，使熔断器或断路器得以动作。

（二）进行实地勘察测试

影响土壤电阻率的因素非常多，如土壤类型、温度、湿度、紧密度等等，除此之外，还需要注意的一点是，土壤电阻率随深度与横向变化要大得多。因为存在更多的环境因素，所以我们在进行建筑物的防雷設计之前，必须到现场进行土壤电阻率的勘察和测试，了解土壤真实电阻率分层情况。在进行土壤电阻率测量之前，先了解土壤的地质构造，有过大体的了解，再对数据进行分析设计并对测试数据进行相关的校正。

（三）建筑物防雷设计

对于建筑物避雷的有效因素，我们首先想到的就是避雷装置，所以缺少了运行良好的避雷装置，建筑物防雷也就是夸夸其谈了。在全世界用的比较多的就是共用接地连接和等电位连接，这也是国内外工程界和防雷理论里普遍受到关注的方法。

共用接地连接：主要是指在同一建筑内，对性质不同的接地装置进行连接，如电气安全接地、交流电源工作地、通信及计算机直流，结合起来并成为一个等电位体。接着电位连接，把建筑物内及周边的所有金属物，如自来水管、水泥中的钢筋、煤气管及其它金属管道等用电气连接的方法连接起来（焊接或者可靠的电气连接），把整座建筑物变成一个运行良好的等电位体。通过这些方式可以使建筑物内部设备以及人员免受雷击事故。

四、接地系统的施工

接地系统中的施工因素也是非常重要的一个问题。第一步，要做好对埋设地点的选择；考虑到接地电阻自身的结构与性质，应该尽量选择土壤较为潮湿，电阻率较低的地方，这样的环境才比较满足接地电阻的要求。如果从安全的角度考虑，应注意使接地体与金属物或电缆之间保持一定距离，更加应该选择距离人群较远的地点，防止跨步电压的危害，以免发生击穿事故。因此，可以适当的降低接地电阻值：

1.提高接地体周围土壤的导电率可以选择在接地体四周的土壤中加入长效降阻剂，这种方法效果非常明显，但是同时也会加快接地体的腐蚀速度，降低其稳定性。

2.选用电阻率较低的土壤来代替原本电阻率较高的土壤；选择替换范围时一般会选择在接地体周围的半米之内或者靠近垂直接地体三分之一处，但这种取土置换法费时费力。

3.外引接地装置也是方法之一；若是建筑物四周有电阻率较低的土壤或者河流湖泊时，一般会选择外引接地装置。但是，为了避免外延处的跨步电压对人身安全造成不必要的伤害，就必须要有相应的保护措施，选用多条连接线与主地网连接，保证其可靠性。

接地线安装：接地线在安装过程中应保持平直且牢靠，不能出现高低不平的起伏状况，除了拐弯处能弯曲之外，在非弯曲处尽量不出现弯曲现象。在跨越伸缩缝或者沉降缝时，应该要有补偿器的支持。在焊接时，不应出现裂纹、气孔等问题。在进行螺栓连接是，尽量使连接紧密牢靠，确保位置正确无误。

参考文献

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