建筑电气接地装置土壤电阻率的检测探讨

郭纯瑜

（中外建工程设计与顾问有限公司山西分公司，山西太原 030000）

0 引言

接地是防雷系统设计中不可或缺的关键环节之一，而接地电阻阻值测量工作则是防雷系统运行性能检测的重要内容，接地电阻测量数据准确与否，不仅事关防雷系统的性能是否达到相关技术指标，而且是判断防雷设施建设质量是否合格的关键。由于接地电阻测量过程中，经常受到人为因素、测量设备、季节等因素的影响，出现测量结果误差过大的问题；所以，在开展防雷系统接地电阻测量工作时，在采用正确测量方法的同时，根据以往测量的经验，分析导致防雷系统接地电阻测量数据出现偏差的内外部因素，制定针对性的解决策略，才能确保接地电阻测量数据达到设计标准和要求。

1 接地电阻的定义

接地电阻是指在已知频率下，系统、装置或设备的指定点与参考地之间的电阻。它包含两部分，一部分为接地导体及接地极的电阻；另一部分为接地极周围土壤的散流电阻。通过测量得知，接地导体、接地极的电阻值很小，可忽略不计，所以接地电阻一般是指散流电阻。电气接地系统中，通常情况下存在两种类型的电流分别为工频电流和冲击电流（雷电流），前者在土壤中产生的电阻成为工频电阻，后者为冲击电阻。雷电流可以在接地极附近形成很强的电场，将土壤击穿并产生火花，相当于增加接地极截面，从而减少冲击接地电阻；另外由于雷电流具有高频特性，使得接地极本身电抗增大，电阻减小，冲击接地电阻小于工频接地电阻。工频接地电阻和冲击接地电阻均和土壤结构类型密切相关，一般通过先计算工频电阻，再通过数学模型，得到冲击接地电阻。

2 防雷接地施工的常见问题

在前期进行大型建筑电气电线防雷用电接地系统施工的建设过程中，常常会遇到一些问题，这些问题是由于建筑施工人员及建筑相关工程专业技术人员对电气防雷用电接地建设工程的认识程度不足所导致的，主要表现在以下几个方面：①连接避雷带未发生重大变形或严重损坏，未及时预留出来连接地线的防雷外接线，导致接上引下连接点之间的连接距离过大；②防雷连接用的地下线、避雷带及连接均压环的连接长度不足，焊接处理不到位；③防雷接地装置的整体掩埋度和深度设计不足，对建筑工程中的连接引下输出线未进行雨水防腐处理，导致连接引下输出线被雨水腐蚀；④用于屋面的金属件等物品未与电气防雷接地系统内部形成有效的无缝连接；⑤防雷插座未与地面导线有效焊接。

3 土壤电阻率的影响因素

①岩土体矿物组分及接触关系岩土体矿物组分及接触关系决定其电阻率大小，其中矿物颗粒的接触关系起重要作用，矿物组分的导电性和含量大小起次要作用。岩土体的矿物颗粒的接触关系主要表现为蜂窝形（包围形）、镶嵌形（彼此交叉接触排列）、单粒形（被包围形）三种类型，蜂窝形的矿物成分对岩土体的电阻率起主导作用，镶嵌形的矿物成分按含量的多少及导电性的强弱成比例，而单粒形的矿物成分对岩土体的电阻率影响不大。②岩土体中的孔隙水岩土体中的孔隙水因含有某些盐分（电解质）而形成电解液，其电阻率都远小于岩土体矿物的电阻率（岩土体孔隙水的电阻率很少超过10010Ωm，通常在1～10Ωm，与水的总矿化度成反比关系）；根据在饱和条件下岩土体的电阻率ρ=ρ水·（3/ω-1）可知岩土体的电阻率与孔隙水含量成反比，与孔隙水的电阻率成正比；另外在孔隙水为弱结合水（薄膜水）转变为毛细水、自由水的过程中，随着孔隙水含量增多岩土体的电阻率会急剧变小。

4 土壤电阻率的检测

针对接地系统土壤电阻率的检测不仅需要在接地装置地网结构设计之前进行取样测量，为设计地网电阻提供重要的参考依据，也应在项目接地装置验收过程中对其进行检测，以判断接地电阻的可靠性。土壤电阻率检测是否准确是受土质结构和性质不同的影响，不同形式的土壤其导电性是不同。准确测量确定土壤电阻率对建筑物及电气设备的接地设计有重要意义。到目前为止，探索出以下几种方法可以测量土壤电阻率：①土壤试样法；②三点法（深度变化法）；③两点法（西坡土壤电阻率测定法）；④四点法；⑤大电流法；⑥变频法等。

5 土壤电阻率对接地电阻影响

因为半球形接地极组成的接地装置是研究接地的基础，所以我们实验中可以将半球形电极埋设在地面土壤下作为样点，选取参考镜面为地面，使半球形电极通过镜像法构成全空间球形电极，通过这种方法驱使接地电流流出面积扩大1倍，可以将接地电阻减半。假设镜像全空间球形电极处于静电场中，相对电容率为ε，球体半径为r（m），则球体电容依据公式计算：C=4επr在静电场中，导体间的电容为C=UQ，而两电极间的电导为Z=UI，I和U分指两电极间电流和两极间电压，Q指电荷量。在静电场中运用比拟原理，通过C和Z的可比性关系，RE=Cρε，当球状接地导体处于电阻率为ρ的均匀导电介质中，其接地电阻R可按公式计算而半球状导体电极的接地电阻正好是上述RE的一半，其他类型接地装置比如单一接地体，复合接地体接地电阻值都可换算得到。现在一些项目设计人员并没有根据项目具体情况进行实际计算，统一按联合接地要求对电气系统接地电阻值提出要求，虽然这种项目实施后大都符合标准或者不合格也可以通过简单整改措施完成要求，但从规范性与经济性上来说，前期进行一定的接地系统接地电阻设计是必要的。

6 土壤电阻率测试方法选择

6.1 变电站工程场地电阻率测试方法选取

①非岩溶、土洞区或基础影响范围无溶洞、土洞、孤石分布的场地：山区、丘陵等比四周地形明显高出的地段，地下水位埋深一般较大，场地范围内地形起伏不大的宜优先考虑电测深法，地形起伏大或设计场地标高与现状场地标高相差较大的宜在场地平整后采用电测深法进行土壤电阻率测量；个别地下水较浅或孔内水位及泥浆水位保持时间满足测量需要时宜采用电测井法。对于盆地、山坳等比四周地形低或山前冲积、洪积平原等平缓地段，地下水位埋深较浅，优先考虑电测井法，当测量所需水位不满足测试要求或地起伏不大时可选用电测深法；②基础影响范围有溶洞、土洞、孤石分布的场地：一般需要开展一定的物探工作，以结合钻探资料证实岩土分布特征，因此开展土壤电阻率测试可优先选用高密度电法，既可提供准确的土壤电阻率资料，又能通过剖面电阻率异常结合钻孔资料准确反映场地的岩土分布特征，保证了岩土勘察成果质量同时又减少了物探工作量。该类场地钻探时多有漏水或下套管成孔，难以采用电测井法进行土壤电阻率测试，且有套管影响时测量结果不准确，因此不宜采取电测井法。

6.2 配电房工程场地电阻率测试方法选取

配电房多位于城镇居民区，地形平坦，该类工程一般仅需场地浅层土壤电阻率成果，通常采用电测深法进行土壤电阻率测量；若进行了钻探工作亦可采用电测井法且能准确得到更大深度范围的土壤电阻率成果。

7 常用降阻措施

7.1 接地电阻测量中的控制措施

①测量接地网接地电阻时，P点至G点的距离要大于10m，小于10m测量结果误差较大；②在测量时，必须根据接地装置安装现场的详细情况选择C点，确保G点至C点所在直线延长线必须通过接地网中心点D，也就是CG连线垂直于接地网边缘，才能保证接地电阻值测量的准确性；③工作开始前，工作人员必须将接地电阻测量仪的测试线拉直，避免因为接地线出现相互缠绕的情况，影响数据的准确性；④在测量大体积物体的接地电阻值时，必须采取加长G点测量线长度的方式，避免因为接地线长度不足影响接地电阻测量的准确性；⑤针对硬化水泥地面无法进行打测量电极操作的情况，操作人员可以先将25cm2×25cm2钢板放于水泥地面，然后浇上盐水，用其代替测量电极，即可完成工作。

7.2 安全措施

在进行高层建筑物的电气管线防雷电网接地装置施工安装过程中，必须注意以下几点安全防护措施：①当安装工程的施工人员进入现场后，必须按照最新的国家安全管理规范和技术规定进行安装施工。在进行施工时，一定要及时安排专人负责，进行一对一的安全监督。另外，还要及时加强对安装施工人员的安全意识教育，增强安装施工人员的职业安全意识；②安装施工现场的各种工具及材料必须及时指定专门的施工人员进行安装管理，并严格看管好各个点的带电接地开关，避免可能发生防雷漏电起火现象，危及安装施工人员的安全；③在进行电气防雷带电接地装置的日常安装时，有时还要进行高空防雷作业，这就要求安装施工人员必须随身系好防雷安全带并携带好防雷灭火器，防止防雷焊接施工过程中可能发生的重大火灾；④在电气防雷带电接地装置日常安装工作完成后，应做好安装施工现场的日常清理与维护工作。

8 结语

电气设备安装过程中的漏电防雷及接地保护工作一直是各类建筑施工过程中的重要工序，防雷保护工作不容忽视。本文主要介绍影响建筑电气工程接地装置电气安全的关键——土壤电阻率的检测，得出建设项目接地装置土壤电阻率检测受到多种因素影响，并且土壤电阻率对项目前期接地系统方案设计及后期电气装置接地的效率与质量起到关键作用。由上述分析可知，在建筑电气工程整个建设周期内以及后期运行过程中，需要关注接地系统的稳定性与可靠性。在设计接地系统时，应充分考虑项目所在地的地质情况及土壤的电阻率变化情况，通过合理化设计拟定接地方案，配套后期接地装置检测验收来保证接地系统达标。