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土壤电阻率的相关参数与土壤电阻率的测量方法

浏览:12594  来源:通信人在线  日期:2019-10-06

土壤电阻率(Earth Resistivity)在我国相关标准中给出的定义为:表征土壤导电性能的参数,它的值等于单位立方体土壤相对两面间测得的电阻,通常用的单位是Ω·m。我们知道,通信接地系统的接地电阻主要由大地土壤电阻、接地体本身的电阻、接地引线电阻等组成,而起决定性作用的是土壤电阻,衡量土壤电阻大小的物理量即是土壤的电阻率。因此,土壤电阻率成为影响接地系统中接地电阻大小的关键因素。

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一、土壤的导电性

土壤是一种多孔并具有毛细管作用的物质,它由固体、液体和气体三部分组成,电流能在土壤内传导,主要是土壤溶液的作用。电流通过土壤的固体部分的能力很弱,它与固体颗粒大小和颗粒之间的接触的紧密程度有关。在外加电场的作用下,土壤的溶液内产生离子位移,因而引起土壤的导电现象。土壤内离子密度越大,导电性能越好。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。一般取每边长为10mm的正方体的电阻值为该土壤电阻率ρ,单位为Ω·m。影响土壤电阻率的因子主要有: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。常见材料的电阻率详见下图1-0,由图1-0可以看出土壤为半导体材料。

1-0:常见材料的电阻率

二、土壤的电阻率

土壤电阻率的大小与土壤地质期和地质构造有极大的关系,对于土壤地质期和地质构造与土壤电阻率的关系详见下表2-1。下表2-2和下表2-3分别汇总了各种性质土壤的电阻率和各种性质土壤的电阻率平均值,以供查阅参考。

2-1:土壤电阻率与土壤地质期和地质构造的关系表

2-2:各种性质土壤的电阻率

2-3:各种土壤的电阻率的平均值

上述表中给出了许多性质的土壤和石质,如何识别呢?请参见下附录。

附录:土、石质的分类

三、土壤电阻率的影响因素

1、温度的影响

温度对土壤电阻率的影响主要表现在,当温度超过100时由于水分的蒸发使电阻增大;当温度为0,水变为冰时土壤电阻率突然上升。土壤电阻率与温度的关系如下表3-1所示,下图3-1给出了土壤电阻率与温度的变化曲线。

3-1:土壤与沙混合的粘土电阻率与温度的关系(含水量约为15%

3-1:土壤电阻率与温度的变化曲线示意图

2、湿度的影响

土壤的导电作用是由土壤中所含有的可溶性酸、碱、盐类造成的。当它们溶解时,就会发生电解作用。所以湿度对大地电阻系数的影响很大。在一年之中,土壤电阻率的变化很大,一般说来,土壤湿度愈大,土壤电阻率就愈小,但湿度达到25%以上时,变化就较小了,如下表3-2-1所示;下图3-2给出了土壤电阻率与湿度的变化曲线。另外,从电解的观点看,含水量对土壤电阻的影响正与所含水的成份有关,各种水的电阻率详见下表3-2-2

3-2-1:土壤电阻率与含水量的关系

3-2:土壤电阻率与湿度的变化曲线示意图

3-2-2:各种水的电阻率

3、化学成分的影响

从电解导电的机理来看,当土壤中含有盐、碳、碱成分的,其电阻率会显著下降,一般以含盐最有代表性。下表3-3是在含水量为15%、地温为17时土壤含盐率与土壤电阻率的关系;下图3-3给出了土壤电阻率与含盐量的变化曲线。

3-3:沙黏土中含盐量与土壤电阻率的关系

3-3:土壤电阻率与含盐量的变化曲线示意图

4、物理性质的影响

土壤物理性质是指土壤物理颗粒的大小、颗粒的分布、颗粒的密度性与土壤物质结构的分布等。土壤的密度愈小、土壤微粒之间的接触面积就愈小,接触电阻增大,因而土壤电阻率就愈大,反之亦然。由此可见,埋射接地装置时,回填土时一定要压紧土壤,充分夯实。

应当注意,以上各表提供的数字只能在缺乏土壤电阻率的实际资料时作为参考用,且只能当作可能存在的电阻率的数量级参考,在具体设计接地系统时,还应到现场实测。

四、土壤电阻率的测量

依据GB/T 17949.1《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则 1部分:常规测量》,测量土壤电阻率ρ的主要方法有:土壤试样法、三点法(深度变化法)、两点法(西坡Shepard土壤电阻率测定法)、四点法(又有等距法或温纳(Wenner)法和非等距法或施伦贝格-巴莫(Schlumberger-Palmer)之分)等。若要详细了解这些测量方法具体内容的请查阅GB/T 17949.1标准的原文,见下附件。为了得到较为准确的结果,标准中还给出了各测量方法下相关因素的分析。

附件:GB/T 17949.1-2000《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则 1部分:常规测量》

GB 50689《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》中,也推荐了一种土壤电阻率的测量方法,其选用的是等距四点法。

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五、土壤电阻率的季节修正系数

由于土壤电阻率受上述各种因素的影响而随月份、季节发生变化,为了保证在全年中土壤电阻率最大的月份,接地体的接地电阻仍能满足使用要求,应按下式进行季节修正,其中ρ0表示实测土壤电阻率;Ψ表示季节修正系数。

ρ = Ψ ρ0

5-1给出了北京地区测量的季节修正系数,表中8月份为上限(最大值),2月份为最小值。至于我国其它地区根据气象条件,可参考表5-2作为选取季节修正系数的上限范围。

5-1:北京地区季节修正系数表(根据气象条件)

5-2:季节修正系数表(根据气象条件)

早期西北电力设计院编制的《电力工程设计手册》中,根据不同土壤性质确定的季节修正系数,其GB 50689标准中也采用了此修正系数,具体详见下表5-3

5-3:季节修正系数表(根据土壤性质)

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