雷電災害風險評估中土壤電阻率的季節系數訂正

吳 江

(沈陽市防雷檢測中心,遼寧 沈陽110000)

1 引言

沈陽市防雷檢測中心2013年7月開展了雷電災害風險評估業務，為新建、改建和擴建的重大建設項目以及爆炸和火災危險場所等提供雷電災害風險評估報告。 在評估工作中需要對防雷接地裝置的接地電阻進行計算，獲取準確的接地電阻值，必須測量出該區域的土壤電阻率。 然而東北地區一年土壤表層的溫度范圍為-40-50 ℃。每年的4月上旬至11月上旬土壤電阻率的變化相對穩定。 當年的11月中旬至第二年的3月下旬，由于凍土層深度的變化，實際測量出的土壤電阻率數值變化很大， 與春秋季節甚至相差數十倍之多。 用這樣的土壤電阻率數值計算出的接地裝置的接地電阻值與實際就出現了較大的誤差，直接影響了建筑物接地裝置的施工設計方案，因此必須對不同季節的實測土壤電阻率進行訂正，并用訂正后的數值計算接地電阻值。

目前沈陽地區氣象系統沒有相關的訂正依據，為建立土壤電阻率的訂正系數模型， 本文選取了沈陽地區的不同地點， 進行土壤電阻率的定期測量工作，通過為期一年的測量，獲取了相關的數據，經過分析，并借鑒其他學者專家的相關的研究成果，建立了沈陽地區土壤電阻率測量的訂正系數模型。

2 土壤電阻率的影響因子

影響土壤電阻率變化的因素較多， 諸如土壤含鹽量、土壤的含水量、土壤的疏密程度和土壤的溫度等，主要影響因子有以下幾方面。

2.1 土壤中鹽分的含量

土壤中的各種金屬鹽能夠形成電離子， 含鹽量越高，電離子的數量也就越多，土壤的導電性越強。

2.2 土壤的含水量

土壤中的水分能夠形成電離子， 土壤的濕度越大，含水量越高，電離子的數量也就越多，土壤的導電性越好。

2.3 土壤的溫度

在相同的土壤中，土壤濕度不變時，溫度升高會使土壤電阻率相應的減小。 當溫度降低至0 ℃，即當土壤開始凍結后，土壤電阻率會快速上升，可達到凍結前的幾十倍。

3 土壤電阻率變化的測量方法

（1）測量地點：選擇沈陽東陵區氣象局的觀測場獨立接閃桿的接地裝置作為測試對象， 采用四極法測試。

（2）測量時間：2012年2月1日-2013年1月25日，每周五測量一次，雨雪天氣不測量。

（3）測量儀器：KB 2127 多功能接地電阻測試儀。在測量周期內不更換測量儀器。

（4）測量方法：測量取得的土壤電阻率數值應符合以下條件：

接地極有效深度5 mm; 各測試極在土壤中的間隔距離為1 m;測試極在土壤中水平排列;每次測量地點誤差≤10 cm。

4 數據分析

通過對土壤電阻率月平均值變化圖（圖1）的分析，初步得出以下結論：

圖1 土壤電阻率月平均變化圖

（1）本地區一年中土壤電阻率變化最大的時段為冬季土壤凍結時期， 即當年的11月末至次年的3月末，而一年中的其它時段土壤電阻率的變化較小。

（2）由于測試儀表的測試極的長度僅為250 mm,土壤凍結后測量的土壤電阻率數值應是凍土層的土壤電阻率。 如果測試極能夠穿過凍土層，測量數值又會趨于春夏秋季節的數值。 但是沈陽地區冬季凍土層的深度可達到1000 mm 以上， 實際工作中難以實現穿過凍土層進行測量。

（3）年平均土壤電阻率的取值應為土壤未凍結時段的平均值，即4-11月間的平均值，經計算本地區土壤電阻率年平均值為20.8 Ω/m。

5 土壤電阻率季節訂正系數模型的建立

5.1 訂正系數的求取

設：土壤電阻率年平均值ρ0，土壤電阻率月平均值ρ1，季節訂正系數k，則k=ρ0/ρ1，據此得出土壤季節訂正系數（表1）。

本訂正系數的模型是建立在同一測量場地，未考慮不同土壤的土質變化的影響， 在應用于不同的土壤測量時會存在一定的偏差， 但仍然是目前實際雷電災害風險評估工作中唯一的參考依據。

表1 季節訂正系數表

5.2 土壤電阻率的訂正

設： 土壤電阻率ρ， 實測土壤電阻率數值ρ′，則ρ=kρ′。 即土壤電阻率等于實際測量數值與訂正系數之積。