防雷接地電阻值測試影響因素分析

吳運策等

接地是現代防雷技術最重要的環節，無論是直接雷防護還是雷電的靜電感應，電磁感應和雷電波入侵的防護技術，最終是把雷電流送入大地。因此，防雷接地電阻值是判定防雷工程是否合格的重要依據，也是衡量防雷接地效果的主要技術指標。而防雷接地電阻的真實值只有一個，具有唯一性。但因測量方法、測量儀器、測量條件、操作人員等多種因素的影響，測量數據都在一定程度上偏離真實接地電阻值。因此如何提高接地電阻測量的準確性，從而提高檢測數據的可信度，對防雷接地工程合理節約材料和對接地工程的施工是否達標，都具有重要意義。

在實際防雷接地電阻檢測中，經常會出現同一接地體，采用不同的方位、測量方法、方式，測出的接地電阻值不同，且相差甚遠。這些差異較大的測試結果，到底哪個較為符合客觀實際？又該如何選取正確的接地電阻值？

本文主要對常用的小地網檢測儀如DER2571、METREL的K-2127等檢測儀器進行分析。那么，何為接地電阻？一般而言，向接地網注入1A的電流，接地網對大地的無限遠處零電位所產生的電位差為該地網的接地電阻。

如上圖所示，E點為接地體（理想化為單點接地），C點為測試儀的電流極。圖中曲線為地表的等電位線，過P點的垂直線為零電位線，零電位線延伸到無限遠處。EC的距離應為接地極深度的5倍，EP的距離應為接地極深度的2.5倍，測試儀的電位極在P點。按照接地電阻的定義，接地電阻R應為E點至無限遠處零電位的電位差U與測試儀從E點至C點的電流I之間的比值，即R=U/I。

上圖為接地網測量時輔助接地極P、C的布置。接地電阻測量儀的E端應接在地網的邊緣上，EC的延長線要通過地網的中心G點。當地網的最大外徑為D時，取E點到電流探針C點的距離為EC=5D時，地網周圍地表的等電位線沿地網周圍平均分布，電位極P處才有可能接近于真實零電位線。這樣測得的接地電阻R才會比較真實。

依據經驗分析，理想化的檢測前提條件為：土壤在測試范圍內平坦且水平方向和垂直方向均勻分布，導電能力上呈各向同性，地下無金屬管道等影響等電位線發生畸變的外來因素。任何不滿足前提條件的干擾因素，都會導致接地電阻的測試結果和實際情況存在偏差。另外土壤特性、地下雜散電流、儀器精度和人為操作也會對測試結果產生影響。影響接地電阻測試準確性的因素很多，要想做到完全準確幾乎不可能，只能盡可能地接近真實值。

1.水平和垂直方向土壤特性變化的影響

一般而言，接地網周圍的土壤結構和成分并不一樣，含水量也不盡相同，這些差異直接導致了土壤在各水平方向上導電能力的不一致，也使得等電位線在水平面上發生畸變。由此，電位極P在EC點的中點2.5D處的電位就可能不是零電位。針對“綠地中央”項目的檢測情況分析，從上圖的等電位線模擬分布圖可以看出，只有東南向紅色粘土層區的等電位線分布略顯均勻，將P、E極探針打在這個區域才能較真實反映出地網的實際接地電阻。所以說此項目的接地工程應符合設計要求。因此，對于周邊土壤環境復雜的區域，防雷檢測時必須要多次測量、綜合分析，才能得出正確結果。

此外，垂直方向土壤的變化對測試結果也存在一定影響。大多數項目在施工過程中都會有在周圍取土后回填的情況。回填時一般都將建筑垃圾回填，這些回填的建筑廢棄物和土壤的導電特性存在差異，而且回填土存在較多空隙，密實度和土壤也差別很大。由于時間短回填土的含水率也不高，使得檢測結果往往失去真實性。因此檢測時應盡可能找有原生土的區域打接地樁，回填土不厚的區域可除去表面回填浮土再打入接地極。這樣的測試結果才更接近真實值。

2.地下金屬管網的影響

對于市區的施工項目，由于周圍建筑密集，地下管網錯綜復雜，對接地電阻測試的影響很大。使用K-2127接地測試儀在城區使用四線法檢測時，經常遇到顯示結果為0.00Ω。其實，當EP所在直線與地下金屬管道恰好重合時，EP兩點的電位有時相同，也就是說EP之間的電位差為0，根據公式R=U/I，可知測試結果必然為零。為了盡可能減小地下金屬管網的影響，檢測時應盡量遠離地下管網分布區，實在無法避開時，應盡可能使EPC三點連成的直線垂直于金屬管道的走向。

3.噪聲電流、電壓的影響

接地測試儀對大地的噪聲電壓、雜散電流等干擾信號也比較敏感，一般在儀器說明書里都有比較詳細的說明，檢測人員使用前必須仔細閱讀。以K-2127為例，當噪聲電流大于2.1A、噪聲電壓大于5V時儀器會自動報警。當出現噪聲報警信號時，應使P、C極遠離干擾源，或將測試設備的電源暫時關掉以降低噪聲電壓后再進行測試。

4.電流、電位接地樁位置的影響

如果電位極P、電流極C的土壤電阻率RP、RC太高，同樣對檢測結果會產生較大影響。一般當RP、RC≥50kΩ時，測量結果不能采用。現在的測試儀也有這種情況的自動報警裝置。測量時要注意將輔助接地極P、C極插入潮濕的土壤中，對于特別干燥的土壤可以澆足夠的水使土壤濕透后再打入接地極進行檢測。

5.儀器本身的影響

目前常用的小地網檢測儀器本身由于設計和工藝的原因，對環境的溫濕度有一定的要求。一般情況下接地測試儀的工作溫度范圍在0℃至40℃之間，濕度在80%以下。溫濕度超出工作環境要求時，檢測結果會存在一定偏差。當儀器電池電量不足時，儀器會顯示電量不足，檢測時同樣應該注意，否則將影響檢測結果。

6.被測接地極本身因素

用電設備的絕緣問題，部分短路引起的漏電現象、引下線附近有并接的高壓電源的干擾、零地混接等可引起被測接地極本身存在交變電流，使零地電位過大，影響接地電阻的測量準確度。

7.電磁環境的影響因素

檢測區域附近有大功率的發射基地，如雷達、移動、微波、衛星等基站時，或檢測區域在高壓變電所及高壓線路、大功率設備頻繁啟動場所附近時，會出現較強的電磁場干擾。在檢測過程中使用功率大的對講機，也會對測試結果有一定的影響。在檢測高層建筑時，因測試加長線垂在高空，如同一根天線將空中無線電、電磁雜波等信號經測試線引入儀表，產生嚴重干擾，使測量數據跳動。

從以上分析可以看出，在實際接地電阻測量中，用完全正確的方法獲得完全符合接地電阻標準定義的“真實接地電阻值”難以實現。同時，由于天氣、氣候環境的變化，以及接地裝置周圍環境的改變，特定接地極的接地電阻也是不斷改變。因此可以認為，特定接地極的“真實接地電阻值”也是不存在的。對接地電阻的測量目標，就是要獲得與“真實接地電阻值”最接近的接地電阻值或是該接地極的“有效接地電阻值”。

為實現上述目標，結合對接地電阻測量值影響因素的分析，應采取如下方法：嚴格按照規范采用正確的接地電阻測量方法和測量工具設備；正確使用測量工具設備，排除外圍干擾因素；嚴格執行測量程序和數據獲取方式；結合接地裝置的實際環境情況，對測量獲得的數據進行合理性分析和檢驗評估，確定最合理的測量數據。

本文通過對防雷接地電阻測量的基本原理分析，以及實際案例的分析，揭示了影響接地電阻檢測準確性的主要影響因子，并提出一套接地電阻檢測取值方法，期望對防雷接地電阻的檢測及接地工程的節約施工有一定的指導意義。