不同土壤条件下对接地电阻的影响研究

刘青松

摘要：土壤电阻率是防雷接地系统设计中的重要技术指标之一，直接对雷击风险评估的准确性、防雷接地系统的设计和效果产生不同程度的影响。接地系统是防雷工程设计中的重要内容，需要布设防雷装置的建（构）筑物，都需要接地系统性能良好且同规范要求相符。基于此，本文重点研究不同土壤条件下对接地电阻的影响。

关键词：土壤电阻率接地电阻影响

引言

现阶段，在建筑物行业电气专业设计过程中，接地电阻是反映接地情况是否符合标准规范要求的重要指标。对于接地装置来说，要求接地电阻越小越好，接地电阻越小，散流速度越快，跨步电压和接触电压数值越小。影响接地电阻的因素有很多，包括有土壤电阻率、接地体尺寸、形状、埋地深度、接地线与接地体的连接情况等。其中土壤电阻率对接地电阻值的影响最为明显。因此，研究不同土壤条件下对接地电阻的影响，对于有效改善接地电阻值，增强接地装置科学合理性水平，具有十分重要的现实意义。

1、接地电阻的基本概念

电流通过接地体后进入大地并迅速向四周扩散时遇到的电阻称之为接地电阻。大地中存在电阻率，一旦有电流经过，大地中就会存在不同的电位。在较远位置处，单位扩散距离的电阻和地中电流密度几乎为零，该处电位被人们称之为零电位。接地电阻主要有接地体本身的电阻、接地体引下线上的电阻及接触电阻构成。前者主要是接地体自身的电阻，通常情况下，接地体电阻值较小，基本上可以忽略不计；后者则是接地体的电导率比大地的电导率要高，在计算接地电阻时，可以将接地体表面看做是等电位，接地体自身的压降可以忽略。接触电阻是接地体与四周土壤间的电阻，其大小主要与施工方法有关，尤其是与回填土的密实程度和松紧度有关。

2、土壤电阻率对接地电阻的影响

2.1土壤颗粒

土壤颗粒越细，同接地体之间接触的程度就越发密实，此时的接地电阻就越小，两者之间呈现出正相关关系。结合相关实验结果表明，在温度保持不变的情况下，粘土的含水量为10%，单位压力从0.02kg/cm2增加到0.2kg/cm2时，此时的接触会减小，下降到原数值的65%左右。另外，土壤是否致密也会影响土壤电阻率，进而决定接地电阻。因此，为了将接地电极的流散电阻降到最低，应将接地体四周的回填土夯实，确保接地极与土壤进行紧密接触，进而降低土壤电阻率，确保接地电阻值最小。

2.2土壤湿度

土壤电阻对流散电阻也起着决定性作用，而含水量对土壤电阻率的影响也较为明显。可以将绝对干燥的土壤电阻率接近无穷大，一旦土壤中的含水量达到15%左右时，此时的土壤电阻率会降低，接地电阻也降低；若含水量继续增加，则电阻率也将持续降低；当土壤中的含水量增加到75%时，就到了临界值，此时的土壤电阻率接近饱和，即使含水量继续增加，此时的土壤电阻率也不会有太大的变化。

在研究混凝土湿度对土壤电阻率的影响时，得出了在混凝土真实湿度的范围内，即从水饱和到干涸，其电阻率的变化将近为520倍。在重复饱和与干涸的过程中，各点几乎没有发生位移，也就是每个湿度值都有对应的电阻率。若接地体材料选用基础内钢筋，部分人员根本不考虑周围环境条件，对岩石上的土地也进行利用，这种方法是不可取的。因此,补充了“周围土壤的含水量不低于4%”。混凝土的含水量约在3.5%及以上时，其电阻率就趋于稳定；当小于3.5%时,电阻率随水分的减小而增大，说明不同湿度的土壤，且接地电阻也有一定的差异。

2.3土质的影响

土质不同，其土壤电阻率也有很大的差异，接地材料不同，接地电阻随着土壤电阻率的增加而明显增大，在电阻率相同的条件下，钢接地材料的接地电阻要比钢和铜包钢材料的接地电阻大，且三者的接地电阻均随着土壤电阻率的增加而减小，出现这种情况的原因是接地材料自身的电阻率不同造成的，随着土壤电阻率的增加，其影响程度越发不明显。由此不难说明，在高土壤电阻率地区接地电阻主要受电阻率的影响，如果单纯通过更换接地材料来达到降低电阻的目的是远远不够的。

表1常见介质电阻率与接地电阻

2.4土壤温度

土壤电阻率受温度的影响也较为明显。通常情况下，随着温度的增加，土壤电阻率逐渐下降。以含砂粘土为例，当水分从水转化为冰时，温度在0℃的的情况下，土壤电阻率值突然上升；当温度下降时，土壤电阻率明显增加；温度从0℃增加的过程中，电阻率呈现出平稳下降的趋势，说明不同温度下的土壤，其接电阻也有一定的差异。

2.5季节因素

四季更迭的过程中，土壤电阻率也会发生变化。不同季节内的土壤含水量、温度均有一定的差异，降雨和冰冻对土壤电阻率的影响最为明显。在雨季，因雨水的渗入，地表层土壤的电阻率逐渐下降，比深层土壤的电阻率要低；在冬季，受到土壤冰冻作用的影响，地表层土壤的电阻率逐渐增加，比深层土壤的电阻率要高。这样，原本土壤结构较为均匀，因分层的不均匀性造成土壤电阻率发生变化。多年冻土的电阻率数值相对较高，将近是未冻土的几十倍左右。由此不难发现，不同季节的土壤对接地电阻的影响不尽相同。

结论：

土壤电阻率是影响接地电阻的决定性因素。其主要原因是接地体对地电阻是由接地体周边土壤到无穷远处的广义导体电阻决定的，该导体的电阻率直接对电阻指起到决定性作用。对于独立的垂直接地体来说，有很大一部分的电阻都分布在直接围绕垂直接地体的壳层上。因此，接地体附近的土壤电阻率越高，则说明接地电阻值越大。在实际工程中，基地电阻能否达到最终设计要求也是由土壤电阻率决定的。即使固定位置的土壤电阻率也有一定的差异，土壤湿度和温度均会对其产生影响。

参考文献：

[1]王荣印,刘建勋.不同土壤条件下接地材料的接地电阻研究[J].化工与材料,2016(6).

[2]任喜,苏学军,王相飞,等.基于防雷接地电阻影响因素分析[J].舰船电子工程,2010(11).

[3]任立甲,范云飞.浅析土壤电阻率对接地网接地电阻的影响[J].电子技术与软件工程,2017(01).

作者简介：刘青松(1983-)，男，汉族，四川省仪陇县人，本科学历，工程师，从事雷电防护、气象安全、气象灾害