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土壤電阻率的原理及測量土壤電阻率的測量方法
點(diǎn)擊次數(shù)：12535 發(fā)布時間：2017-8-9
土壤電阻率的原理及測量土壤電阻率的測量方法
1.土壤電阻率的原理及測量
◆土壤電阻率是土壤的一種基本物理特性，是土壤在單位體積內(nèi)的正方體相對兩面間在一定電場作用下，對電流的導(dǎo)電性能。一般取1m的正方體土壤電阻值為該土壤電阻率 。
◆是決定接地體電阻的重要因素，為了合理設(shè)計接地裝置，必須對土壤電阻率進(jìn)行實(shí)測，以便用實(shí)測電阻率做接地電阻的計算參數(shù)。
◆土壤電阻率的測量的測量方法很多，如地質(zhì)判定法、雙回路互感法、自感法、線圈法、偶極法以及四電極測深法等 。
2.土壤電阻率的測量方法
2.1 四電極測深法（推薦）
◆四極電測深法通過實(shí)踐檢驗(yàn)，其準(zhǔn)確性，完滿足工程計算要求，這種測量方法所需儀表設(shè)備少，操作簡單成為工程設(shè)計中的一種常用的方法。因此，推薦采用四電極測深法測量土壤電阻率。
◆測試布極方法如圖下圖所示（測試儀表以 ZC—8 型接地電阻測量儀為例）
◆注意事項(xiàng)：
*a的取值為接地體的埋設(shè)深度a一般取 5m，對于基礎(chǔ)較深的大樓其基礎(chǔ)作為接地體一部分的，則a可取10m。
*四根極棒布設(shè)在一條直線上，極棒的間距相等為a。
*接線時，將儀表上的P2、C2接線端子間的短路片斷開。
*極棒與儀表上接線端子的連接順序不能顛倒。
*各極棒的打入地下深度不應(yīng)超過極棒間距 a的 1/20。
*為避免地下埋設(shè)的金屬物對測量造成的干擾，在了解地下金屬物位置的情況下，可將接地棒排列方向與地下金屬物（管道）走向呈垂直狀態(tài) 。
◆測量結(jié)果計算：
式中：
ρ－土壤電阻率（Ω·m）；
Ｒ－所測電阻（Ω）；
ａ－測試電極間距（m）
ｂ－測試電極入地深度（m）
當(dāng)測試電極入地深度ｂ不超過 0.2ａ時，可假定ｂ＝0，則計算公式可簡化為：
◆測量電極建議用直徑不小于1.5cm 的圓鋼或＜25×25×4 的角鋼，其長度均不小于40cm。
◆被測場地土壤中的電流場的深度，即被測土壤的深度，與極間距離a 有密切關(guān)系。當(dāng)被測場地的面積較大時，極間距離a 應(yīng)相應(yīng)地增大。
◆為了得到較合理的土壤電阻率的數(shù)據(jù)，改變極間距離a，求得視在土壤電阻率ρ與極間距離a 之間的關(guān)系曲線ρ=f(a)，極間距離的取值可為5、10、15、20、30、40m、?，zui大的極間距離amax 可取擬建接地裝置zui大對角線的三分之二。
◆土壤電阻率應(yīng)在干燥季節(jié)或天氣晴朗多日后進(jìn)行，因此土壤電阻率應(yīng)是所測的土壤電阻率數(shù)據(jù)中zui大的值，為此應(yīng)按下列公式進(jìn)行季節(jié)修正：
式中：
ρ——土壤電阻率計算值；
ρ0——所測土壤電阻率；
ψ——季節(jié)修正系數(shù)
表 根據(jù)土壤性質(zhì)決定的季節(jié)修正系數(shù)表
土壤性質(zhì) | 深度/m | Ψ1 | Ψ2 | Ψ3 |
粘土 | 0.5～0.8 0.8～0.3 | 3 2 | 2 1.5 | 1.5 1.4 |
陶土 | 0～2 | 2.4 | 1.4 | 1.2 |
砂礫蓋陶土 | 0～2 | 1.8 | 1.2 | 1.1 |
園地 | 0～3 | 1.3 | 1.2 | |
黃沙 | 0～2 | 2.4 | 1.6 | 1.2 |
雜以黃沙的砂礫 | 0～2 | 1.5 | 1.3 | 1.2 |
泥炭 | 0～2 | 1.4 | 1.1 | 1.0 |
石灰石 | 0～2 | 2.5 | 1.5 | 1.2 |
注：
Ψ1—測量前數(shù)天下過較長時間的雨，土壤很潮濕時用之；
Ψ2—測量時土壤較潮濕，具有中等含水量時用之；
Ψ3—測量時土壤干燥或測量前降雨不大時用之。
2.2 模擬法
◆模擬法又叫三極法，其中的三極是下圖被測接地裝置G，測量用的電壓極P 和電流極C。圖中測量用的電流極C和電壓極P離被測接地裝置G邊緣的距離為dGC=(4～5)D 和dGP=(0.5～0.6)dGC， D 為被測接地裝置的zui大對角線長度，點(diǎn)P 可以認(rèn)為是處在實(shí)際的零電位區(qū)內(nèi)。如果想較準(zhǔn)確地找到實(shí)際零電位區(qū)，可以把電壓極沿測量用電流極與被測接地裝置之間連接線方向移動三次，每次移動的距離約為dGC 的5%，測量電壓極P 與接地裝置G 之間的電壓。如果電壓表的三次指示值之間的相對誤差不超過5%，則可以把中間位置作為測量用電壓極的位置。
圖中：
C－測量用電流極
P－測量用電壓極
G－被測量接地裝置
M－接地電阻測量儀
h－測量電極長度
◆用電壓表指示值UG除以電流表的指示值I，得到被測接地裝置的工頻接地電阻RG。
◆如果在測量工頻接地電阻時，dGC 取(4～5)D 值有困難，那么當(dāng)接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻時，dGC 可以取2D 值，而dGP 取D 值；當(dāng)接地裝置周圍的土壤電阻率不均勻時， dGC 可以取3D 值，dGP 取1.7D 值。
◆如果接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻，也可以用三角形布置電極的方式測量工頻接地電阻。電壓極和接地裝置等效中心的連接線與電流極和接地裝置等效中心的連接線之間的夾角，一般取dGP≈dGC=2D，θ≈30°。當(dāng)接地裝置的zui大對角線較小，且工頻接地電阻值大于0.5Ω時，也可以用接地電阻測量儀測量接地電阻，但其電壓極和電流極應(yīng)按前面提到的要求布置。
◆測量土壤電阻率的模擬法是在被測場地打入一垂直接地體，用接地電阻測量儀測量得到該接地體的接地電阻值R，然后由下式得到等效土壤電阻率
接地極的直徑d 應(yīng)不小于37.5px，長度h應(yīng)不小于1m。
◆模擬法只適用于土壤電阻率較均勻的場地。
◆因?yàn)橥寥澜Y(jié)構(gòu)的不均勻性，測量電極應(yīng)盡量避開有明顯巖石、裂縫和邊坡等不均勻土壤上布置。為了得到較可信的測量結(jié)果，通常采用九點(diǎn)法（即把被測場地分為九片，進(jìn)行多處測量，土壤電阻率列表取測量結(jié)果的平均值）。
◆九點(diǎn)法測量土壤電阻率通常采用的是在以設(shè)計接地網(wǎng)的四個角、四個外邊緣的中點(diǎn)及接地網(wǎng)的中心點(diǎn)共九點(diǎn)進(jìn)行測量。
◆模擬法測試后經(jīng)得出的土壤電阻率計算值應(yīng)根據(jù)測量時的情況進(jìn)行季節(jié)系數(shù)修正。
◆計算接地裝置的土壤電阻率時，應(yīng)取雷雨季節(jié)中無雨水時zui大的土壤電阻率，一般按下式計算：
式中：
ρ——土壤電阻率計算值；
ρ0——所測土壤電阻率；
ψ——季節(jié)修正系數(shù)
在計算接地電阻時，實(shí)測的土壤電阻率，要乘以下表中所列季節(jié)系數(shù)Ψ1、Ψ2或Ψ3進(jìn)行修正。
各種性質(zhì)土壤的季節(jié)系數(shù)
土壤性質(zhì) | 深度/m | Ψ1 | Ψ2 | Ψ3 |
粘土 | 0.5～0.8 0.8～0.3 | 3 2 | 2 1.5 | 1.5 1.4 |
陶土 | 0～2 | 2.4 | 1.4 | 1.2 |
砂礫蓋陶土 | 0～2 | 1.8 | 1.2 | 1.1 |
園地 | 0～3 | 1.3 | 1.2 | |
黃沙 | 0～2 | 2.4 | 1.6 | 1.2 |
雜以黃沙的砂礫 | 0～2 | 1.5 | 1.3 | 1.2 |
泥炭 | 0～2 | 1.4 | 1.1 | 1.0 |
石灰石 | 0～2 | 2.5 | 1.5 | 1.2 |
注：
Ψ1—測量前數(shù)天下過較長時間的雨，土壤很潮濕時用之；
Ψ2—測量時土壤較潮濕，具有中等含水量時用之；
Ψ3—測量時土壤干燥或測量前降雨不大時用之。