土壤电阻率的原理及测量土壤电阻率的测量方法

1.土壤电阻率的原理及测量

◆土壤电阻率是土壤的一种基本物理特性，是土壤在单位体积内的正方体相对两面间在一定电场作用下，对电流的导电性能。一般取1m的正方体土壤电阻值为该土壤电阻率 。

◆是决定接地体电阻的重要因素，为了合理设计接地装置，必须对土壤电阻率进行实测，以便用实测电阻率做接地电阻的计算参数。

◆土壤电阻率的测量的测量方法很多，如地质判定法、双回路互感法、自感法、线圈法、偶极法以及四电极测深法等 。

2.土壤电阻率的测量方法

2.1 四电极测深法(推荐)

◆四极电测深法通过实践检验，其准确性，完满足工程计算要求，这种测量方法所需仪表设备少，操作简单成为工程设计中的一种常用的方法。因此，推荐采用四电极测深法测量土壤电阻率。

◆测试布极方法如图下图所示(测试仪表以 ZC—8 型接地电阻测量仪为例)

◆注意事项：

*a的取值为接地体的埋设深度a一般取 5m，对于基础较深的大楼其基础作为接地体一部分的，则a可取10m。

*四根极棒布设在一条直线上，极棒的间距相等为a。

*接线时，将仪表上的P2、C2接线端子间的短路片断开。

*极棒与仪表上接线端子的连接顺序不能颠倒。

*各极棒的打入地下深度不应超过极棒间距 a的 1/20。

*为避免地下埋设的金属物对测量造成的干扰，在了解地下金属物位置的情况下，可将接地棒排列方向与地下金属物(管道)走向呈垂直状态 。

◆测量结果计算：

式中：

ρ－土壤电阻率(Ω·m)；

Ｒ－所测电阻(Ω)；

ａ－测试电极间距(m)

ｂ－测试电极入地深度(m)

当测试电极入地深度ｂ不超过 0.2ａ时，可假定ｂ＝0，则计算公式可简化为：

◆测量电极建议用直径不小于1.5cm 的圆钢或＜25×25×4 的角钢，其长度均不小于40cm。

◆被测场地土壤中的电流场的深度，即被测土壤的深度，与极间距离a 有密切关系。当被测场地的面积较大时，极间距离a 应相应地增大。

◆为了得到较合理的土壤电阻率的数据，改变极间距离a，求得视在土壤电阻率ρ与极间距离a 之间的关系曲线ρ=f(a)，极间距离的取值可为5、10、15、20、30、40m、⋯，zui大的极间距离amax 可取拟建接地装置zui大对角线的三分之二。

◆土壤电阻率应在干燥季节或天气晴朗多日后进行，因此土壤电阻率应是所测的土壤电阻率数据中zui大的值，为此应按下列公式进行季节修正：

式中：

ρ——土壤电阻率计算值；

ρ0——所测土壤电阻率；

ψ——季节修正系数

表 根据土壤性质决定的季节修正系数表土壤性质深度/mΨ1Ψ2Ψ3

粘土0.5～0.8

0.8～0.33

22

1.51.5

1.4

陶土0～22.41.41.2

砂砾盖陶土0～21.81.21.1

园地0～31.31.2

黄沙0～22.41.61.2

杂以黄沙的砂砾0～21.51.31.2

泥炭0～21.41.11.0

石灰石0～22.51.51.2

注：

Ψ1—测量前数天下过较长时间的雨，土壤很潮湿时用之；

Ψ2—测量时土壤较潮湿，具有中等含水量时用之；

Ψ3—测量时土壤干燥或测量前降雨不大时用之。

2.2 模拟法

◆模拟法又叫三极法，其中的三极是下图被测接地装置G，测量用的电压极P 和电流极C。图中测量用的电流极C和电压极P离被测接地装置G边缘的距离为dGC=(4～5)D 和dGP=(0.5～0.6)dGC， D 为被测接地装置的zui大对角线长度，点P 可以认为是处在实际的零电位区内。如果想较准确地找到实际零电位区，可以把电压极沿测量用电流极与被测接地装置之间连接线方向移动三次，每次移动的距离约为dGC 的5%，测量电压极P 与接地装置G 之间的电压。如果电压表的三次指示值之间的相对误差不超过5%，则可以把中间位置作为测量用电压极的位置。

图中：

C－测量用电流极

P－测量用电压极

G－被测量接地装置

M－接地电阻测量仪

h－测量电极长度

◆用电压表指示值UG除以电流表的指示值I，得到被测接地装置的工频接地电阻RG。

◆如果在测量工频接地电阻时，dGC 取(4～5)D 值有困难，那么当接地装置周围的土壤电阻率较均匀时，dGC 可以取2D 值，而dGP 取D 值；当接地装置周围的土壤电阻率不均匀时， dGC 可以取3D 值，dGP 取1.7D 值。

◆如果接地装置周围的土壤电阻率较均匀，也可以用三角形布置电极的方式测量工频接地电阻。电压极和接地装置等效中心的连接线与电流极和接地装置等效中心的连接线之间的夹角，一般取dGP≈dGC=2D，θ≈30°。当接地装置的zui大对角线较小，且工频接地电阻值大于0.5Ω时，也可以用接地电阻测量仪测量接地电阻，但其电压极和电流极应按前面提到的要求布置。

◆测量土壤电阻率的模拟法是在被测场地打入一垂直接地体，用接地电阻测量仪测量得到该接地体的接地电阻值R，然后由下式得到等效土壤电阻率

接地极的直径d 应不小于37.5px，长度h应不小于1m。

◆模拟法只适用于土壤电阻率较均匀的场地。

◆因为土壤结构的不均匀性，测量电极应尽量避开有明显岩石、裂缝和边坡等不均匀土壤上布置。为了得到较可信的测量结果，通常采用九点法(即把被测场地分为九片，进行多处测量，土壤电阻率列表取测量结果的平均值)。

◆九点法测量土壤电阻率通常采用的是在以设计接地网的四个角、四个外边缘的中点及接地网的中心点共九点进行测量。

◆模拟法测试后经得出的土壤电阻率计算值应根据测量时的情况进行季节系数修正。

◆计算接地装置的土壤电阻率时，应取雷雨季节中无雨水时zui大的土壤电阻率，一般按下式计算：

式中：

ρ——土壤电阻率计算值；

ρ0——所测土壤电阻率；

ψ——季节修正系数

在计算接地电阻时，实测的土壤电阻率，要乘以下表中所列季节系数Ψ1、Ψ2或Ψ3进行修正。

各种性质土壤的季节系数土壤性质深度/mΨ1Ψ2Ψ3

粘土0.5～0.8

0.8～0.33

22

1.51.5

1.4

陶土0～22.41.41.2

砂砾盖陶土0～21.81.21.1

园地0～31.31.2

黄沙0～22.41.61.2

杂以黄沙的砂砾0～21.51.31.2

泥炭0～21.41.11.0

石灰石0～22.51.51.2

注：

Ψ1—测量前数天下过较长时间的雨，土壤很潮湿时用之；

Ψ2—测量时土壤较潮湿，具有中等含水量时用之；

Ψ3—测量时土壤干燥或测量前降雨不大时用之。