關于土壤電阻率測量要點及注意事項

湘能楚天電力有限公司 李國忠

土壤是一種特別典型的多孔介質。土壤電阻是土壤的一種基本物理特性，土壤電阻率是土壤在單位體積內的正方體相對兩面間在一定電場作用下的導電性能。一般取1立方米的正方體土壤值為該土壤的電阻率ρ，單位為歐姆·米。

土壤電阻率是接地工程設計計算中的一個常用參數，是決定接地體接地電阻的重要因素，直接影響接地體接地電阻的大小、地網地面電位的分布、接觸電壓和跨步電壓的高低。測量土壤電阻率的目的是為了進行有效和準確的接地工程設計。因此，為了合理設計接地裝置，必須對土壤電阻率進行實測，以便用實測數據為接地裝置設計計算提供主要依據。

測量土壤電阻率的方法較多，如地質判斷法、土壤試樣法、雙回路互感法、自感法、線路法、偶極法、三電柱法、四電極法。在這些測量方法中，有的檢測結果誤差較大，有的僅適用于樣品檢測，均有一定的局限性，唯四電極法因測量結果比較準確，操作簡單，被廣泛應用在土壤電阻率的現場檢測中，其檢測結果一般能滿足接地設計工程的要求。以下重點介紹四電極法測量土壤電阻率的原理、方法和注意事項。

四電極法原理

1.文納（wenner）四極法（等距法）。

當在土壤中沿直線等距離打入四個電極，按圖1接線方式向地下注入電源E，在土壤中就會流過電流和產生電壓降，產生的這個電流和電壓，按歐姆定律R=，求出的結果就是被測接地電阻R。再用公式ρ=2∏a=2∏aR，求出土壤電阻率。ρ—土壤電阻率Ω·m，h—垂直電極深度m，a—垂直電極之間水平距離m，R—土壤接地電阻Ω。

2.非等距施倫貝格巴莫四電極法。

該方法測量原理與文納法一樣，只是測量電極不等距，當電位計d之間兩電極因為某種條件需要將距離拉升很大時，如果c的距離也和d一樣等距，由于距離太遠，一般儀表很難測到所注入土壤中電流所產生的電壓降，導致R測量不準確，因此，將c—d間距離保持較小，盡管d距離較大，按下式計算，仍能取得滿意結果。

c—電流極與電位極間距離，d—電位極距離。

土壤電阻率的測量方法及注意事項

測量土壤電阻率一般都使用接地電阻測試儀，按一定深度和間距布置測量用電極，先測量出接地電阻，然后計算出土壤電阻率。當前市場上接地電阻/土壤電阻率測試儀的規格品牌很多，魚龍混雜，但都須按如下方式布置電極和接線，方能比較準確地得出測量結果。

圖1 文納等距四電極法原理圖

圖2 非等距施倫貝格巴莫四電極法原理圖

圖3 文納法接線及電極布置圖

圖4 電極布置方式示意圖

表1 各種季節土壤電阻率修正系數表

1.文納法接線及電極布置。

α—電極間距，h—電極深度，R—接地電阻測試儀，C1、C2—測量用電流極，P1、P2—測量用電壓極。

（1）接地極縱向或橫向呈一字形排列，極間距離保持一致。

（2）按圖3將電流極和電壓極與接地電阻測試儀相對應端子聯接，聯接用導線宜采用10平方毫米軟銅線（但不得小于6平方毫米）。

（3）電極直徑宜采用Φ50毫米鍍鋅鋼管（最小不小于Φ15毫米鍍鋅圓鋼），電極埋深宜1米，但不應小于0.5米。

（4）電極距離d，當電極埋深0.5米時，電極間距不小于10米，當電極埋深1米，電極間距不小于20米。總之，電極距離應滿足d≥20h的要求。

（5）按圖4方式布置電極（水平和垂直）分別進行測量，將兩次測量結果相加取平均值。在擬建接地網總平面圖內，四角及中心處適當位置取五處進行測量，再將五處的測量結果相加取平均值，作為該變電站現場實際測量土壤電阻率。

（6）測量土壤電阻率一般選擇在比較干燥的秋、冬季節進行。如不滿足要求，應按ρ=ρ0×Ψ進行修正。ρ0—實測值，Ψ—修正系數，ρ—修正值，修正系數參見表1。

（7）需特別注意的幾個問題。

A一般的接地搖表或數字接地電阻測量儀，都有四個接線端子，有的標注為C1、P1、P2、C2，有的標注為G1、P1、P2、G2，P1和P2均應接電壓極，C1、C2或G1、G2均應接電流極。

B一般僅用于測接地電阻時，C1和P1間有一個聯接片是接通的，即C1、P1聯通后的M端子接已有的接地裝置，之后再布置P2電壓極和C2電流極進行接地電阻測量。用四電極法測量土壤電阻率時，應將C1、P1之間的聯接片打開，按圖示接電極進行測量。

C早期的接地搖表（如ZC-8）以及各種型號的接地電阻測試儀，通過三電極、等距四電極、非等距四電極方法測量出的結果都是接地電阻值（即R=），必須按下式換算后才能得出土壤電阻率的結果來。現在某些數字式接地電阻測試儀可以自動生成土壤電阻率Ω·m的結果，但不管怎樣，雖然2∏是一個常數，電極間距離卻是一個變量，因此，必須輸入測量時電極間距h，才能自動生成Ω·m的數值結果。

三電極法土壤電阻率ρ計算公式：

h—垂直接地極深度，d—垂直接地極直徑，R—接地體的實測電阻R=Ω。

文納等距四電極法土壤電阻率ρ計算公式：

非等距施倫貝格巴莫四電極法土壤電阻率ρ計算公式：

d—P1、P2電壓極間距離m，c—電流極與電壓極間距離m，R—接地體的實測電阻R=Ω。

結論

1.土壤電阻率的影響因子有土壤類型、含水量、含鹽量、土壤溫度、土壤的緊密度等化學和物理性質。同時，土壤電阻率隨深度變化較橫向變化要大得多。

2.土壤越濕，含水量越高，導電性越好，電阻值就越小。反之則越大。

3.土壤中含導電離子濃度越高，土壤導電性越好，ρ值就越小。

4.土壤電阻率隨溫度升高而下降（相對大氣環境溫度而言）。

5.為降低接地極的散流電阻，必須將接地極四周的土壤夯實。

6.不同的地質結構，不同土質的電阻率，差別很大。