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講解土壤電阻率的原理及測(cè)量土壤電阻率的測(cè)試方法
1.土壤電阻率的原理及測(cè)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(duì)兩面間在一定電場(chǎng)作用下，對(duì)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(jì)接地裝置，必須對(duì)土壤電阻率進(jìn)行實(shí)測(cè)，以便用實(shí)測(cè)電阻率做接地電阻的計(jì)算參數(shù)。
◆土壤電阻率的測(cè)量的測(cè)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(cè)深法等 。
2.土壤電阻率的測(cè)量方法
2.1 四電極測(cè)深法（推薦）
◆四極電測(cè)深法通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，其準(zhǔn)確性，完滿足工程計(jì)算要求，這種測(cè)量方法所需儀表設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單成為工程設(shè)計(jì)中的一種常用的方法。因此，推薦采用四電極測(cè)深法測(cè)量土壤電阻率。
◆測(cè)試布極方法如圖下圖所示（測(cè)試儀表以 ZC—8 型接地電阻測(cè)量?jī)x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(duì)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(shí)，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(guò)極棒間距 a的 1/20。
*為避免地下埋設(shè)的金屬物對(duì)測(cè)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(cè)量結(jié)果計(jì)算：
式中：
ρ－土壤電阻率（Ω·m）；
Ｒ－所測(cè)電阻（Ω）；
ａ－測(cè)試電極間距（m）
ｂ－測(cè)試電極入地深度（m）
當(dāng)測(cè)試電極入地深度ｂ不超過(guò) 0.2ａ時(shí)，可假定ｂ＝0，則計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：
◆測(cè)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(zhǎng)度均不小于40cm。
◆被測(cè)場(chǎng)地土壤中的電流場(chǎng)的深度，即被測(cè)土壤的深度，與極間距離a 有密切關(guān)系。當(dāng)被測(cè)場(chǎng)地的面積較大時(shí)，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(duì)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(cè)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(jì)算值；
ρ0——所測(cè)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(cè)量前數(shù)天下過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的雨，土壤很潮濕時(shí)用之；
Ψ2—測(cè)量時(shí)土壤較潮濕，具有中等含水量時(shí)用之；
Ψ3—測(cè)量時(shí)土壤干燥或測(cè)量前降雨不大時(shí)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(cè)接地裝置G，測(cè)量用的電壓極P 和電流極C。圖中測(cè)量用的電流極C和電壓極P離被測(cè)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(cè)接地裝置的zui大對(duì)角線長(zhǎng)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(cè)量用電流極與被測(cè)接地裝置之間連接線方向移動(dòng)三次，每次移動(dòng)的距離約為dGC 的5%，測(cè)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(duì)誤差不超過(guò)5%，則可以把中間位置作為測(cè)量用電壓極的位置。
圖中：
C－測(cè)量用電流極
P－測(cè)量用電壓極
G－被測(cè)量接地裝置
M－接地電阻測(cè)量?jī)x
h－測(cè)量電極長(zhǎng)度
◆用電壓表指示值UG除以電流表的指示值I，得到被測(cè)接地裝置的工頻接地電阻RG。
◆如果在測(cè)量工頻接地電阻時(shí)，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(shí)，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(shí)， 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(cè)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(duì)角線較小，且工頻接地電阻值大于0.5Ω時(shí)，也可以用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)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(cè)量土壤電阻率的模擬法是在被測(cè)場(chǎng)地打入一垂直接地體，用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)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(zhǎng)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(chǎng)地。
◆因?yàn)橥寥澜Y(jié)構(gòu)的不均勻性，測(cè)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(cè)量結(jié)果，通常采用九點(diǎn)法（即把被測(cè)場(chǎng)地分為九片，進(jìn)行多處測(cè)量，土壤電阻率列表取測(cè)量結(jié)果的平均值）。
◆九點(diǎn)法測(cè)量土壤電阻率通常采用的是在以設(shè)計(jì)接地網(wǎng)的四個(gè)角、四個(gè)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(cè)量。
◆模擬法測(cè)試后經(jīng)得出的土壤電阻率計(jì)算值應(yīng)根據(jù)測(cè)量時(shí)的情況進(jìn)行季節(jié)系數(shù)修正。
◆計(jì)算接地裝置的土壤電阻率時(shí)，應(yīng)取雷雨季節(jié)中無(wú)雨水時(shí)zui大的土壤電阻率，一般按下式計(jì)算：
式中：
ρ——土壤電阻率計(jì)算值；
ρ0——所測(cè)土壤電阻率；
ψ——季節(jié)修正系數(shù)
在計(jì)算接地電阻時(shí)，實(shí)測(cè)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(cè)量前數(shù)天下過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的雨，土壤很潮濕時(shí)用之；
Ψ2—測(cè)量時(shí)土壤較潮濕，具有中等含水量時(shí)用之；
Ψ3—測(cè)量時(shí)土壤干燥或測(cè)量前降雨不大時(shí)用之。
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