土壤电阻率的减小措施及测量方法
浅谈影响土壤电阻率因素及降阻方法
浅谈影响土壤电阻率因素及降阻方法摘要：通过在日常防雷装置检测工作中的实践并参考《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-2010）、《乌鲁木齐市防雷减灾管理条例》及《建筑物防雷装置检测技术规范》（GB/T 21431-2008），学习和综合分析了影响土壤电阻率的主要因素，归纳和总结了减小土壤电阻率的主要方法及其在不同情形下的优缺点关键词：土壤电阻率；影响因素；降阻方法；防雷装置检测；防雷设计文献标识码：A中图分类号：P2 文章编号：1009-2374（2017）06-0020-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.06.010 土壤电阻率是在日常的防雷接地工程中经常会用到的一个参数，它的大小将直接影响接地工程中接地装置的接地电阻阻值、地网地面电位分布及接触电压和跨步电压等。
其中接地电阻的阻值大小则是衡量工程中接地情况是否符合防雷安全规范要求的重要指标之一，因此对于工程中接地装置来说，接地电阻的阻值当然越小越好，这是由于接地电阻越小，其散流则越快，相对应的跨步电压以及接触电压的值也会越小。
换言之，土壤电阻率对接地电阻大小起著决定性的作用，因此在日常设计接地电阻装置时，通过对测量的土壤电阻率进行分析研究，找出影响土壤电阻率的主要因素，同时认识和掌握如何降低土壤电阻率的措施就显得尤为重要，这也对合理设计接地电阻装置起着决定性的作用，具有非常重要的意义。
本文就影响土壤电阻率的因素和如何降低土壤电阻率的具体方法进行分析论述1 土壤电阻率（ρ）的主要影响因素众所周知，土壤由于其颗粒本身带有电荷，并吸附了一定数量的离子，所以在日常工作中我们把土看作是一种多介的电解质，具有一定的导电能力，在外加电场的作用下就会发生导电现象。
所以土壤电阻率（ρ）并不是一个恒定不变的值，通过研究发现影响土壤电阻率（ρ）的因素有许多，本文主要从以下方面进行介绍：1.1 土壤类型的影响不同的土壤类型其电阻率也有明显的差异。
土壤电阻率详解
土壤电阻率详解土壤电阻率是单位长度土壤电阻的平均值，单位是欧姆•米。
土壤电阻率是接地工程计算中一个常用的参数，直接影响接地装置接地电阻的大小、地网地面电位分布、接触电压和跨步电压。
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。
测量土壤电阻率的方法之一是对接地体进行接地电阻测量，测得接地体接地电阻后，再按下面的公式计算土壤电阻率。
用钢管或圆钢作接地体时ρ=2πRjL/（ln（4L/d））=RjL/（0.336lg（4L/d））Ωcm其中L为钢管或圆钢入地长度，单位md为钢管或圆钢直径，单位mRj为测出的接地电阻值，单位Ω用扁钢作接地体时ρ=2πRjL/（ln（2L^2/(bh)））=RjL/（0.336lg（2L^2/(bh)））Ωcm其中L为扁钢长度，单位mb为扁钢厚度，单位mh为埋设深度，单位m。
上述方法有个缺点，就是由于存在接地电阻的影响，可能造成很大误差，如果地层结构不均匀，计算出来的土壤电阻率也随着接地体的尺寸和埋设方式不同而变化。
所以，有时也采用图B.1所示的四级法进行测量。
四个电极分布在一条直线上，电极的插入深度h应小于极间距离a的1/20，根据电流表A和电压表V的指示，即可算出土壤电阻率ρ=2πaV/I其中ρ为计算土壤电阻率，单位ΩcmU为测量电压，单位VI为测量电流，单位Aa为极间距离，单位m降低土壤电阻率的措施（1）换土用电阻率较低的黑土、粘土和砂质粘土等替换电阻率较高的土壤。
一般换掉接地体上部1／3长度、周围0.5米以内的土壤。
（2）深埋如果接地点的深层土壤电阻率较低，可适当增加接地体的埋入深度。
深埋还可以不考虑土壤冻结和干枯所增加电阻率的影响。
（3）外引接地通过金属引线将接地体埋设在附近土壤电阻率较低的地点。
（4）化学处理在接地点的土壤中混入炉渣、木炭粉、食盐等化学物质，以及采用专用的化学降阻剂，可以有效地降低土壤电阻率。
土壤电阻率的测量方法
土壤电阻率的测量方法土壤电阻率的测量土壤电阻率的测量通常采用四极法和模拟法。
一、四极法当被测接地装置的最大对角线D 较大，或在某些地区(山区或城区) 按要求布置电流极和电压极有困难时，可以利用变电所的一回输电线的两相导线作为电流线和电压线。
四极是指被测接地装置G 、测量用的电流极C 和电压极P 以及辅助电极S 。
辅助电极S 离被测接地装置边缘的距离dGS=30～100m 。
图1 是测量土壤电阻率的四极法的原理接线图，两电极之间的距离a 应等于或大于电极埋设深度h 的20 倍，即a≥20h。
由接地电阻测量仪的测量值R ，得到被测场地的视在土壤电阻率ρ=2πaR (1) 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，最好改变极间距离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 、?，最大的极间距离amax 可取拟建接地装置最大对角线的三分之二。
C 1P 1P 2C 2图1 四极法测量土壤电阻率原理图C 1和——测量用电流极C 2M ——接地电阻测量仪P 1和——测量用电压极P 2h ——测量电极埋设深度a ——测量电极之间的距离四极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最大的土壤电阻率，一般按下式计算：ρ=ρ0?ψ式中：ψ——季节系数；ρ0为其实测值；ρ为其计算值在计算接地电阻时，实测的土壤电阻率，要乘以表1中所列季节系数ψ1、ψ2或ψ3进行修正。
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。
土壤电阻率的测试方法及测试结果分析
土壤电阻率的测试方法及测试结果分析高文信【摘要】基于电阻率测试的基本原理，提出了四极电测法测电阻率的计算公式，并对该测试方法的注意事项进行总结，最后，结合土壤条件对测试结果进行了分析，指出采用四极电测法测试土壤的电阻率数据准确，可为防雷设计提供合理的基础数据。
%On the basic principle of resistivity test, this paper puts forward the calculation formula of measuring resistivity by quadrupole electri-ca and summarize the test points for attention, last, the test results were analyzed combining with soil conditions, the paper points out the quad-ruple electrical measuring method can be adopted to measure the accurate specific resistance data of soil, so as to provide some reasonable foun-dation data for the lighting-shielding design.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2014(000)018【总页数】3页(P66-67,68)【关键词】电阻率;测试方法;测试结果;分析【作者】高文信【作者单位】中国建筑材料工业地质勘查中心云南总队，云南昆明 650031【正文语种】中文【中图分类】TU411在工程建设中，防雷接地是其重要的一项工作。
对防雷接地装置而言，土壤电阻率数据的准确，将会给防雷设计提供依据。
因此，正确测试、分析土壤电阻率，不仅关系到接地电阻是否达标、接地寿命以及接地系统的成本，而且也是确保设备及建筑物有效避免雷击的关键。
土壤电阻率的影响因素及测量方法的研究
不 同 土 质 的 土壤 电 阻率 不 同 ． 至 相 差 几 千 到 几 万倍 。 甚
２３温 度 的 影 响 ．
温 度 对 土壤 电 阻率 的影 响也 较 大 。一 般 来 说 ． 壤 电阻 率 性 ， 免腐 蚀 接 地 体 ， 土 以 导致 接 地 电阻 增 加 ， 用 寿 命 缩 短 。 使
就 越小 ： 之 就 越 大 。这 就是 接地 体 的接 地 电阻 随土 壤 干 湿 变 反
化 的原 因 。 当含 水 量 达 到 １ ～ Ｏ 以上 时 ， 降 很 少 。 ５２％ ｐ下
２２土 质 的 影 响 ．
基 本 换 土法 的原 理 ： 实 际 工 程 应 用 中 ， 采 用 局 部 换 土 在 常 法 。局 部 换 土 法 是将 局 部 土 壤 换 土 ， 比如 在 土 壤 中 掺拌 金 属 碎 屑 、 盐 、 炭 粉 等 。该 方 法 具 有 施 工 简 便 ， 格 低廉 等优 点 。 食 木 价 在 选 用 置 换 土壤 的材 料 时 应 注 意 两 点 ： 用 的材 料 应 与 接 选 地 体 及 原 土 壤 紧 密 接 触 ， 则 效 果 将 大 大 削 弱 ， 至 比原 来 的 否 甚 接 地 电 阻更 大 ：选 用 的材 料 最 好 呈 中性 或 碱 性 ，而 不 应 呈 酸
阻三 部 分 组 成 。
测 量 土 壤 电阻 率 的方 法 较 多 ， 土壤 试 样 分 析 法 、 磁 测 有 电 量 中较 理 想 且 常 用 的方 法 。测 量 的 时 候 先 在 地的接 触 电 阻 ，接 地 装 置经 自然 土壤 向 外 扩 散 的散 流 电 探 法 、 极 法 、 极 法 和 四极 法 等 ， 四 极 法 是 土 壤 电 阻 率 测 两 三 而 对 于 局 部 换 土 法 ． 然 具 有 施 工 简 便 ． 格 低 廉 等 优 点 ， 极 Ａ、 、 、 虽 价 Ｂ Ｃ Ｄ，埋 人 深 度 一 致 ，使 用 稳 压 电 源 Ｅ 向外 侧 电 极 Ａ
土壤电阻率的测试方法
土壤电阻率的测试方法土壤电阻率是衡量土壤导电性能的重要指标之一、它反映了土壤中水分、盐分、有机质等物质的分布情况，对土壤的肥力、水分运移、根系生长等具有重要的影响。
因此，准确测量土壤电阻率对于土壤的管理和农作物的种植具有重要意义。
本文将从几种常用的土壤电阻率测试方法进行讨论。
1. 标准四针法（Wenner 算法）标准四针法是一种常用的土壤电阻率测试方法，其原理是通过在土壤中插入四根相距相等的电极，刺激电流通过这四根电极并检测电压差，根据奥姆定律计算电阻率。
标准四针法测试步骤如下：（1）在施测地点选择一块典型的土壤样点，然后在地面上确定好测试点的位置。
（2）准备四根长度相等的电极，电极一般采用尖锐的体积小的导电材料，如钢针等。
（3）将四根电极均匀地插入土壤中，使它们之间保持相同的距离，插入深度通常在20～50厘米之间。
（4）将电流电极和电压电极连接到相应的测试设备，然后启动测试设备，记录测试数据。
（5）多次重复步骤（3）和（4），获取多组数据，然后计算平均值作为最终的电阻率。
标准四针法测试的优点是简单易行，结果较为可靠。
但是弊端是需要大面积的空地进行测试，且测试结果相对于其他方法有所偏差。
2. 多级嵌套线法（Nested multi-levels）多级嵌套线法是一种较为精确、可靠的土壤电阻率测试方法，它将多个电极嵌套地排列在土壤中，以增加测试精度。
多级嵌套线法测试步骤如下：（1）选择测试点，在地面上确定好测试点的位置。
（2）准备多根电极，电极的数量和长度根据测试要求决定。
（3）将电极平行地按一定的间距插入土壤中，将电极之间保持相同的间距和深度。
（4）连接电流电极和电压电极到相应的测试设备，启动测试设备，记录测试数据。
（5）按照不同的深度设置上述电极，即多级嵌套线，进行多次测量。
（6）根据嵌套线的测试数据，利用逆推算法计算出土壤的电阻率。
多级嵌套线法测试的优点是精确可靠，能够提供详细的土壤电阻率分布情况。
土壤接地电阻率
土壤接地电阻率一、概述土壤接地电阻率是指单位长度内土壤对电流的阻力，通常用欧姆（Ω）表示。
它是评估接地系统性能的重要参数之一，也是保证人身安全和设备正常运行的必要条件之一。
二、影响因素1. 土壤类型：不同类型的土壤导电性能不同，例如沙质土壤导电性能较差，粘土质土壤导电性能较好。
2. 土壤含水量：土壤含水量越高，其导电性能越好。
3. 土壤温度：土壤温度越高，其导电性能越好。
4. 土壤盐分：含盐量高的土壤导电性能更好。
5. 土壤压实度：压实度大的土壤导电性能较差。
三、测量方法1. 三点法测量法：将测量点分为两个点和一个中间点，在两个点之间施加直流电压，通过中间点进行测量。
该方法误差较大，适用于低精度场合。
2. 四线法测量法：将测量点分为两个对称的线圈和两个探针，在两个线圈之间施加直流电压，通过两个探针进行测量。
该方法误差较小，适用于高精度场合。
四、常见问题1. 土壤接地电阻率过高：可能是因为土壤含水量过低、土壤温度过低、土壤盐分过低等原因导致的。
2. 土壤接地电阻率过低：可能是因为土壤含水量过高、土壤温度过高、土壤盐分过高等原因导致的。
3. 测量误差较大：可能是由于测量仪器不准确或者使用方法不正确导致的。
五、应用领域1. 电力系统：评估接地系统性能，保证人身安全和设备正常运行。
2. 通信系统：保证通信设备的正常运行和数据传输质量。
3. 石油化工领域：评估管道接地系统性能，保证安全生产。
六、总结土壤接地电阻率是评估接地系统性能的重要参数之一，其值受到多种因素影响。
测量方法有三点法和四线法两种。
在实际应用中，需要注意解决常见问题，并根据具体需求选择合适的测量方法。
探讨土壤电阻率测量及减少误差的方法
１ 土壤 电 阻率 的定 义
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 长边 长为 ｌＯｍｍ 的 正方 形 的电阻为该 土壤 电阻率 Ｐ，单 位为 Ｑ·１１１。
２ 接 地 电阻测 试 仪 测 量 法
当测试 电极 入地 深 度 ｂ不 超过 ０．１ａ，可 假定 ｂ＝ ０，则 计算公 式可 简化 为 ：
ｐ＝２￣ｒａＲ ２．２．２ 非等距 法或 施伦 贝格 一巴莫法
（２）
主要用于当电极间距增大到 ４０ｍ以上 。采用非 等距 法 ，其 布置方 式见 图 ２。此 时 电位极 布置在 相应
的电流极 附近 ，如此可 升高 所测 的 电位 差值 。这 种布 置 ，当 电极 的埋 地深度 ｂ与其距 离 ｄ和 ｃ相 比较甚
可 选择 ４０ｍ、５０ｍ、６０ｍ。按公 式 Ｅ．３计 算相 应 的土壤
电阻率 。根据 实测 值绘 制 土壤 电阻率 Ｐ与 电极 间距
的二维 曲线 图 。采用 兰 开 斯特 一琼 斯法 判 断在 出现
曲率转折 点 时 ，即是下 一层 土壤 ，其深 度为所 对应 电
极 间距 ２／３处 。
（３）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 中最大 的值 ，为 此应 按下 列公 式进行 季节 修正 ：
Ｐ＝￣Ｐｏ 式 中 ：ｐ 所 测土 壤 电阻率
（４）
季节 修正 系数 ，见 表 １。
表 １ 根 据 土 壤 性 质 决定 的 季 节 修 正 系数 表
土壤性质
注 ： Ｉｌ，ｔ——在测量前数天下过较长时 间的雨时选用 ；
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土壤电阻率的减小措施及测量方法[摘要]土壤电阻率是表征土壤导电性能的参数，其值等于单位长度土壤电阻的平均值。
本文介绍了影响土壤电阻率的主要因素、减小土壤电阻率的主要措施，以及测量土壤电阻率的主要方法——四极法。
[关键词]土壤电阻率；接地电阻；四极法
中图分类号： tm54 文献标识码： a 文章编号：
接地电阻，就是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。
接地电阻大小直接体现了电气装置与“地”接触的良好程度，是衡量接地系统泄放雷电流能力的重要参数。
对于接地装置而言，要求其接地电阻越小越好，因为接地电阻越小，散流越快，跨步电压、接触电压也越小。
而影响接地电阻的主要因素有土壤电阻率，接地体的尺寸、形状及埋入深度，接地线与接地体的连接等。
其中土壤电阻率对接地电阻的大小起着决定性作用。
土壤电阻率是接地工程计算中一个常用的参数，直接影响接地装置接地电阻的大小，以及地网地面的电位分布。
因此，研究影响土壤电阻率的主要因素，有效地改善土壤电阻率，以及正确地测量土壤电阻率，对接地装置的正确设计具有重要的意义。
1 影响土壤电阻率的主要因素
土壤电阻率不是一个恒定的值，影响因素有很多，主要受以下几个方面的影响：
（1）土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量的影响
土壤电阻率ρ的大小主要取决于土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量。
土壤中所含导电离子浓度越高，土壤的导电性就越好，ρ就越小；反之就越大。
土壤越湿，含水量越多，导电性能就越好，ρ就越小；反之就越大。
（2）土质的影响
不同土质的土壤电阻率不同，甚至相差几千到几万倍。
表1 为几种不同土质在不同含水量时的ρ值。
表1 不同土质的土壤电阻率ρ
（3）温度的影响
温度对土壤电阻率的影响也较大。
一般来说，土壤电阻率随温度的升高而下降。
（4）土壤致密性的影响
土壤的致密与否对土壤电阻率也有一定的影响。
试验表明，当粘土的含水量为10%，温度不变，单位压力由1961pa增大10倍到19610pa时，ρ可下降到原来的65%。
因此，为了减少接地电极的流散电阻，必须将接地体四周的回填土夯实，使接地极与土壤紧密
接触，从而达到减小土壤电阻率的效果。
（5）土壤致密性的影响
季节因素的影响季节的变化也将引起土壤电阻率的变化。
季节不同，土壤的含水量和温度也就不同，影响土壤电阻率最明显的因素就是降雨和冰冻.在雨季，由于雨水的渗入，地表层土壤的ρ降低，低于深层土壤；在冬季，由于土壤的冰冻作用，地表层土壤的ρ升高，高于深层土壤。
这样，使土壤由原来的均匀结构变成了分层的不均匀结构，引起ρ的变化。
多年冻土的ρ极高，可达没有冻土时的几十倍。
2 减小土壤电阻率的主要措施
由于土壤电阻率的大小直接关系到接地装置接地电阻的大小，而出于安全要求，接地电阻必然是越小越好，因而要求土壤电阻率也要越小越好。
当接地点的土壤（如岩石、碎石沙和长期冰冻的土壤）电阻率较高时，为了满足接地电阻的要求，须采取措施来降低土壤的电阻率，这些措施包括：
（1）换土用电阻率较低的黑土、粘土和砂质粘土等替换电阻率较高的土壤。
一般换掉接地体上部约三分之一长度、周围0.5米以内的土壤。
（2）深埋如果接地点的深层土壤电阻率较低，可适当增加接地体的埋入深度。
深埋还可以不考虑土壤冻结和干枯所增加电阻率的影响。
（3）外引接地通过金属引线将接地体埋设在附近土壤电阻率较低的地点。
（4）化学处理在接地点的土壤中混入炉渣、木炭粉、食盐等化学物质，以及采用专用的化学降阻剂，可以有效地降低土壤电阻率。
（5）保土采取措施保持接地点土壤长期湿润。
3 测量土壤电阻率的主要方法
3.1 测量方法
土壤电阻率的影响因子有：土壤类型、含水量、含盐量、温度、土壤的紧密程度等化学和物理性质，同时土壤电阻率随时深度变化较横向变化要大很多。
因此，对测量数据的分析应进行相关的校正。
土壤电阻率的测量方法很多，如地质判定法、双回路互感法、三极法以及四极电测深法等。
其中四极电测深法通过实践检验，其准确性完全能满足工程计算要求，这种测量方法所需仪表设备少，操作简单。
3.2 四极电测深法的原理
四极法是通过接地电极将直流电供入地下，建立稳定的人工电场，在地表观测某点在垂直方向的电阻率变化。
如图1所示:
图1 四极法测试原理图
测量的时候先在地面插入四个电极a、b、c、d，埋入深度一致，
使用稳压电源e 向外侧电极a和b施加电流i，电流由电极a流入，由电极b返回电源。
这时电流场将在电极上产生电势，可以用电位差计或者高电阻电压表测量电极c和电极d间的电位差。
用四极法测量土壤电阻率时，应注意电流极之间的距离不宜太大，一般不超过300m，否则引线间互感将对测量结果造成较大的影响。
3.3 测量方法
（1）打开仪表电源，先机械调零，使指针指在零点。
（2）把四根导线一端插在仪器端钮上，另一端连接好极棒。
（3）将四根极棒插入土壤中，布设在一条直线上，插入深度相同，插入间距相等为 a。
（4）按start键开始测量并查看结果。
3.4 测量结果计算
（ω·m）（1）
式中：ρ—土壤电阻率（ω·m）；
r —测得电阻值（ω）；
a —测试电极间距（m）；
ｂ—测试电极入地深度（m）。
一般测试电极入地深度ｂ不超过 0.1ａ时，可假定ｂ＝0，则计算公式可简化为：
（ω·m）（2）
3.5测量结果修正
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最大的值，为此应按下列公式进行季节修正：
表2根据土壤性质决定的季节修正系数表
4 结论
本文介绍了土壤电阻率的影响因素、改良措施和主要测量方法。
土壤电阻率的大小直接关系到接地装置接地电阻的大小，而接地电阻又直接关系到所连接生产设备的安全运行。
及时测得土壤电阻率，有助于采取相应措施改良接地电阻，从而保证生产设备的安全运行。
参考文献
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[2] 孙为民等，季节因素对发变电站地表高阻层安全效果的影响[j]
[3] 李景禄等，接地降阻应用及存在问题分析[j]，高电压技术，
2004.3，。