淺談影響土壤電阻率的因素及降阻方法

張軍+柴巖紅+屈疆

摘要：通過在日常防雷裝置檢測工作中的實踐并參考《建筑物防雷設計規范》（GB 50057-2010）、《烏魯木齊市防雷減災管理條例》及《建筑物防雷裝置檢測技術規范》（GB/T 21431-2008），學習和綜合分析了影響土壤電阻率的主要因素，歸納和總結了減小土壤電阻率的主要方法及其在不同情形下的優缺點。

關鍵詞：土壤電阻率；影響因素；降阻方法；防雷裝置檢測；防雷設計 文獻標識碼：A

中圖分類號：P2 文章編號：1009-2374（2017）06-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.010

土壤電阻率是在日常的防雷接地工程中經常會用到的一個參數，它的大小將直接影響接地工程中接地裝置的接地電阻阻值、地網地面電位分布及接觸電壓和跨步電壓等。其中接地電阻的阻值大小則是衡量工程中接地情況是否符合防雷安全規范要求的重要指標之一，因此對于工程中接地裝置來說，接地電阻的阻值當然越小越好，這是由于接地電阻越小，其散流則越快，相對應的跨步電壓以及接觸電壓的值也會越小。換言之，土壤電阻率對接地電阻大小起著決定性的作用，因此在日常設計接地電阻裝置時，通過對測量的土壤電阻率進行分析研究，找出影響土壤電阻率的主要因素，同時認識和掌握如何降低土壤電阻率的措施就顯得尤為重要，這也對合理設計接地電阻裝置起著決定性的作用，具有非常重要的意義。本文就影響土壤電阻率的因素和如何降低土壤電阻率的具體方法進行分析論述。

1 土壤電阻率（ρ）的主要影響因素

眾所周知，土壤由于其顆粒本身帶有電荷，并吸附了一定數量的離子，所以在日常工作中我們把土看作是一種多介的電解質，具有一定的導電能力，在外加電場的作用下就會發生導電現象。所以土壤電阻率（ρ）并不是一個恒定不變的值，通過研究發現影響土壤電阻率（ρ）的因素有許多，本文主要從以下方面進行介紹：

1.1 土壤類型的影響

不同的土壤類型其電阻率也有明顯的差異。在現代防雷工程設計等工作中可以根據不同的土壤質地粗略地估計土壤電阻率，從而實現有效的防雷電阻接地裝置的設計。

1.2 土壤含水量的影響

實踐證明，土壤含水量越高，土壤的導電性能就越強，相對應的土壤電阻率就越小；反之就越大，這就是接地電阻隨土壤濕度變化的規律。

1.3 土壤化學成分的影響

當進行測量的土壤中含有鹽、酸等化學成分時，土壤的電阻率會明顯偏小，有時候會利用這一種特性來進行土壤的改善。

1.4 土壤溫度的影響

土壤電阻率的大小受溫度的影響也是比較大的，一般來講，隨著土壤溫度的升高，電阻率會下降；而隨著土壤溫度的下降，電阻率會上升，尤其是當土壤溫度降到0℃以下后，土壤中的水分發生凍結現象，即形成凍土（在氣象觀測中稱為凍土）后，土壤電阻率會出現明顯的增大現象。

1.5 土壤密實程度的影響

土壤的密實程度與接地工程中接地極是否緊密接觸有著密切的聯系，從而影響土壤電阻率。因此，在實際施工過程中對于土壤的顆粒不夠緊密的情況，一般會采取將接地體四周土壤夯實或將管型接地極打入地下的方法進行處理，從而減小土壤電阻率。

1.6 季節因素的影響

對于土壤電阻率來講，季節變化的影響主要就是土壤的溫度、含水量即土壤濕度的變化影響。季節變化對于土壤電阻率而言，最主要的影響因素是降水、溫度。

在雨季，液態降水會迅速滲入地表，使土壤的電阻率隨著降水的滲透深度的變化而不斷降低，這種變化對于深層土壤的電阻率變化最不明顯。在寒冷的冬季，由于土壤溫度的不斷下降，造成含有水分的土壤發生凍結現象，一般土壤的凍結深度會隨著時間的推移有明顯的滯后，這樣就使得地表層土壤的電阻率明顯高于深層土壤，從而讓均勻的土壤結構發生改變，改變后的不均勻土壤結構就會引起土壤電阻率的改變。

其實對于土壤電阻率來說，不同覆蓋類型的土壤其電阻率的差異也很明顯，比如草地大于林地等，這些對土壤電阻率影響不大的因子不再贅述。

2 降低土壤電阻率的具體方法

在實際工程施工過程中，因為土壤電阻率的高低將會直接影響工程接地電阻的大小，為了符合防雷安全規范要求，工程中要求土壤電阻率越小越好，那么在各類施工過程中出現土壤電阻率較高的情況時，我們可以根據不同的情況采取相應的方法來降低土壤電阻率，本文主要分以下八種降低土壤電阻的方法進行介紹：

2.1 土壤局部代替法

更換高電導率的土壤是我們日常降低土壤電導率的主要方法之一，就是將現有電阻率大的土層用電阻率較小的泥土（如黏土、黑土及砂質黏土等）來代替，填入接地坑中。這種方法所替換的范圍主要有：（1）接地體周圍0.5m范圍內；（2）接地體的三分之一處。這種方法的缺點是實施過程所耗費的人力、時間都非常大，但是對高電阻率土壤來說，獲得的降阻效果是比較明顯的。

在實際的工程中采用這種方法時，一般采用的是局部換土方法，例如將金屬屑、鹽等摻拌在部分土壤中，這種方法就比整體換土方法更具有可操作性和價格低廉等優點，缺點是這部分材料容易在土壤中流失，降阻效果持續時間偏短。

在選取土壤的置換材料時要注意兩個方面：（1）所選取的材料要能夠與接地體以及原來的土壤緊密接觸；（2）所選取的材料一定不能是酸性的，而是選取一些中性或者堿性的材料，主要是為了防止長時間與接地體混合發生腐蝕，從而導致接地電阻增加，縮短使用壽命的現象發生。

2.2 土壤的化學處理

所謂的土壤化學處理就是指在接地體的周圍一定范圍內的土壤里摻入一些特殊的化學物質，常用的有爐灰、木炭、電石渣、實用（或工業）用鹽、石灰等，通過改變土壤性質以達到提高土壤導電能力的效果。

采用這種化學方法時，相對不同質地的土壤其降阻效果也各不相同，這種降阻方法的優點是：工程造價較低廉、降阻效果明顯。其缺點是：土壤經過人工化學處理后，不但會使其接地體的熱穩定性能有明顯下降，而且還會加快接地體的腐蝕速度，造成接地體的使用年限明顯縮短等。因此在實際施工過程中，這種方法是在沒有更好的降阻辦法的特殊情況下，才會采用的一種備用降阻方法。

2.3 接地極深埋法

這種方法適用于土壤地表的電阻率很大而地下土壤深處或其他非土壤介質的電阻率很小的情況，這種方法在施工時可以參考當地的土壤最大凍結深度，將接地極接入深度大于當地的土壤最大凍結深度，這樣就可以不再考慮土壤凍結的情況了。但是這種方法對地貌的要求比較高，對于土壤層結構比較復雜的地域，尤其是山地多巖、巖石地帶或深巖地區的降阻效果不但不明顯，還會造成施工時土方量偏大、施工困難、造價偏高等情況的發生。

2.4 使用降阻劑

降阻劑是一種含有大量氧化物的金屬混合物，在遇到水分后就會電離出大量的離子，導電能力很強。在前面提到的局部更換土壤的方法，雖然具有施工簡便，價格低廉等各種優點，但是由于在選用的置換材料：鹽、木炭粉等卻在土壤中非常容易流失，導致降阻效果不長久，因此，在工程應用中常采用在接地極四周使用降阻劑的方法，利用降阻劑在土壤中的擴散和滲透作用，提高土壤中導電離子的濃度，增強土壤的導電能力，從而實現減小土壤電阻率的目的。

在使用降阻劑時要注意以下三點：（1）選取合適的降阻劑。目前市面上的降阻劑種類繁多，在選用時要注意其自身的電阻率一定是非常小的，而且其本身對接地體的腐蝕率也應該是很低的。另外一個方面就是其不具有任何毒性，對周圍環境和土壤不會造成任何污染。還有一個最主要考慮的方面是其達到的降阻效果應該長效穩定；（2）現場使用降阻劑施工時，一定要使降阻劑均勻地撒在接地體的四周，填埋的深度一般保證在0.6m以下，然后再用細土回填夯實接地體周圍；（3）在冬季，許多土壤凍結明顯的地區，在使用降阻劑的同時，要充分考慮到當地的土壤凍土層最大厚度，從而達到有效的降阻。

2.5 多支外引式接地裝置

這是一種將接地體集中布置于電氣裝置區外的某一點的接地體。這種方法適用于土壤電阻率很高的地區或在遇到接地裝置附近有不會凍結的河流、湖泊等情況。但它的主要缺點是既不可靠也不安全。

在使用這種方法時要格外注意設計、安裝過程中，一定要充分考慮到連接到接地裝置的接地極干線其本身的電阻影響，因此使用這種方法時，一般建議將外引式接地極干線的長度控制在100m以內。

2.6 充分利用自然接地介質

在施工地要充分利用建筑物或者其他與水接觸的金屬體等作為自然接地，也可以利用水源，選擇將鋼筋混凝土結構里的許多鋼筋網中的縱橫交叉點進行焊接，并與接地網連接起來。注意要將接地裝置盡可能地鋪設在流速不大之處或者靜水之中，然后加以固定。

2.7 采取水平接地體伸長法

在實際工作中發現，我們使水平接地體的長度不斷增加，電感的影響也會隨之不斷增大，從而使沖擊系數發生變化，而當接地體達到一定長度后，無論再怎樣改變其長度，沖擊接地電阻也不會再下降。所以在實際應用中，許多時候可以采取水平接地體伸長的方法來進行降阻。

施工時，只要根據土壤電阻率的大小，確定接地體的有效長度就可以得到理想的降阻效果。

2.8 污水引入和深井接地法

在工程的實際施工過程中，有時候為了降低接地體周圍土壤的電阻率，我們可以采用將污水引到埋設接地體處，這時接地體需采用鋼管，并每隔500px鉆一直徑為5mm的小孔，使水滲入土中，有條件的還可以采用深井接地法。用鉆機鉆孔（亦可用勘探鉆孔）直接把鋼管接地極打入井孔后，向管內、井內灌注泥漿的方法。

3 結語

在工程施工現場的實際應用中，降低土壤電阻率的方法還有許多，這里就不再一一敘述。在實際的工程中，降低土壤電阻率的具體實施是一個攻堅克難的復雜過程，不但要充分了解當地的氣候狀況、水文條件、土壤質地、地貌地形等，還需要我們根據測得的土壤電阻率進行綜合的判斷分析，因地制宜地制定操作性強、經濟投資適度、性價比高、效果持久的降阻方法，從而使工程符合防雷安全規范要求。

參考文獻

[1] 建筑物防雷設計規范（GB 50057-94）[S].

[2] 烏魯木齊市防雷減災管理條例[S].

作者簡介：張軍（1982-），男，陜西人，新疆烏魯木齊市氣象局工程師，研究方向：氣象探測。

（責任編輯：黃銀芳）