浅谈影响土壤电阻率因素及降阻方法

浅谈影响土壤电阻率因素及降阻方法
摘要：通过在日常防雷装置检测工作中的实践并参考《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-2010）、《乌鲁木齐市防雷减灾管理条例》及《建筑物防雷装置检测技术规范》（GB/T 21431-2008），学习和综合分析了影响土壤电阻率的主要因素，归纳和总结了减小土壤电阻率的主要方法及其在不同情形下的优缺点
关键词：土壤电阻率；影响因素；降阻方法；防雷装置检测；防雷设计文献标识码：A
中图分类号：P2 文章编号：1009-2374（2017）06-0020-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.06.010 土壤电阻率是在日常的防雷接地工程中经常会用到的一个参数，它的大小将直接影响接地工程中接地装置的接地电阻阻值、地网地面电位分布及接触电压和跨步电压等。

其中接地电阻的阻值大小则是衡量工程中接地情况是否符合防雷安全规范要求的重要指标之一，因此对于工程中接地装置来说，接地电阻的阻值当然越小越好，这是由于接地电阻越小，其散流则越快，相对应的跨步电压以及接触电压的值也会越小。

换言之，土壤电阻率对接地电阻大小起著决定性的作用，因此在日常设计接地电阻装置时，通过对测量的土壤
电阻率进行分析研究，找出影响土壤电阻率的主要因素，同时认识和掌握如何降低土壤电阻率的措施就显得尤为重要，这也对合理设计接地电阻装置起着决定性的作用，具有非常重要的意义。

本文就影响土壤电阻率的因素和如何降低土壤电阻率的具体方法进行分析论述
1 土壤电阻率（ρ）的主要影响因素
众所周知，土壤由于其颗粒本身带有电荷，并吸附了一定数量的离子，所以在日常工作中我们把土看作是一种多介的电解质，具有一定的导电能力，在外加电场的作用下就会发生导电现象。

所以土壤电阻率（ρ）并不是一个恒定不变的值，通过研究发现影响土壤电阻率（ρ）的因素有许多，本文主要从以下方面进行介绍：
1.1 土壤类型的影响
不同的土壤类型其电阻率也有明显的差异。

在现代防雷工程设计等工作中可以根据不同的土壤质地粗略地估计土壤电阻率，从而实现有效的防雷电阻接地装置的设计
1.2 土壤含水量的影响
实践证明，土壤含水量越高，土壤的导电性能就越强，相对应的土壤电阻率就越小；反之就越大，这就是接地电阻随土壤湿度变化的规律
1.3 土壤化学成分的影响
当进行测量的土壤中含有盐、酸等化学成分时，土壤的
电阻率会明显偏小，有时候会利用这一种特性来进行土壤的改善
1.4 土壤温度的影响
土壤电阻率的大小受温度的影响也是比较大的，一般来讲，随着土壤温度的升高，电阻率会下降；而随着土壤温度的下降，电阻率会上升，尤其是当土壤温度降到0℃以下后，土壤中的水分发生冻结现象，即形成冻土（在气象观测中称为冻土）后，土壤电阻率会出现明显的增大现象
1.5 土壤密实程度的影响
土壤的密实程度与接地工程中接地极是否紧密接触有着密切的联系，从而影响土壤电阻率。

因此，在实际施工过程中对于土壤的颗粒不够紧密的情况，一般会采取将接地体四周土壤夯实或将管型接地极打入地下的方法进行处理，从而减小土壤电阻率
1.6 季节因素的影响
对于土壤电阻率来讲，季节变化的影响主要就是土壤的温度、含水量即土壤湿度的变化影响。

季节变化对于土壤电阻率而言，最主要的影响因素是降水、温度
在雨季，液态降水会迅速渗入地表，使土壤的电阻率随着降水的渗透深度的变化而不断降低，这种变化对于深层土壤的电阻率变化最不明显。

在寒冷的冬季，由于土壤温度的不断下降，造成含有水分的土壤发生冻结现象，一般土壤的
冻结深度会随着时间的推移有明显的滞后，这样就使得地表层土壤的电阻率明显高于深层土壤，从而让均匀的土壤结构发生改变，改变后的不均匀土壤结构就会引起土壤电阻率的改变
其实对于土壤电阻率来说，不同覆盖类型的土壤其电阻率的差异也很明显，比如草地大于林地等，这些对土壤电阻率影响不大的因子不再赘述
2 降低土壤电阻率的具体方法
在实际工程施工过程中，因为土壤电阻率的高低将会直接影响工程接地电阻的大小，为了符合防雷安全规范要求，工程中要求土壤电阻率越小越好，那么在各类施工过程中出现土壤电阻率较高的情况时，我们可以根据不同的情况采取相应的方法来降低土壤电阻率，本文主要分以下八种降低土壤电阻的方法进行介绍：
2.1 土壤局部代替法
更换高电导率的土壤是我们日常降低土壤电导率的主要方法之一，就是将现有电阻率大的土层用电阻率较小的泥土（如黏土、黑土及砂质黏土等）来代替，填入接地坑中。

这种方法所替换的范围主要有：（1）接地体周围0.5m范围内；（2）接地体的三分之一处。

这种方法的缺点是实施过程所耗费的人力、时间都非常大，但是对高电阻率土壤来说，获得的降阻效果是比较明显的
在实际的工程中采用这种方法时，一般采用的是局部换土方法，例如将金属屑、盐等掺拌在部分土壤中，这种方法就比整体换土方法更具有可操作性和价格低廉等优点，缺点是这部分材料容易在土壤中流失，降阻效果持续时间偏短在选取土壤的置换材料时要注意两个方面：（1）所选取的材料要能够与接地体以及原来的土壤紧密接触；（2）所选取的材料一定不能是酸性的，而是选取一些中性或者碱性的材料，主要是为了防止长时间与接地体混合发生腐蚀，从而导致接地电阻增加，缩短使用寿命的现象发生
2.2 土壤的化学处理
所谓的土壤化学处理就是指在接地体的周围一定范围内的土壤里掺入一些特殊的化学物质，常用的有炉灰、木炭、电石渣、实用（或工业）用盐、石灰等，通过改变土壤性质以达到提高土壤导电能力的效果。

采用这种化学方法时，相对不同质地的土壤其降阻效果也各不相同，这种降阻方法的优点是：工程造价较低廉、降阻效果明显。

其缺点是：土壤经过人工化学处理后，不但会使其接地体的热稳定性能有明显下降，而且还会加快接地体的腐蚀速度，造成接地体的使用年限明显缩短等。

因此在实际施工过程中，这种方法是在没有更好的降阻办法的特殊情况下，才会采用的一种备用降阻方法
2.3 接地极深埋法
这种方法适用于土壤地表的电阻率很大而地下土壤深处或其他非土壤介质的电阻率很小的情况，这种方法在施工时可以参考当地的土壤最大冻结深度，将接地极接入深度大于当地的土壤最大冻结深度，这样就可以不再考虑土壤冻结的情况了。

但是这种方法对地貌的要求比较高，对于土壤层结构比较复杂的地域，尤其是山地多岩、岩石地带或深岩地区的降阻效果不但不明显，还会造成施工时土方量偏大、施工困难、造价偏高等情况的发生
2.4 使用降阻剂
降阻剂是一种含有大量氧化物的金属混合物，在遇到水分后就会电离出大量的离子，导电能力很强。

在前面提到的局部更换土壤的方法，虽然具有施工简便，价格低廉等各种优点，但是由于在选用的置换材料：盐、木炭粉等却在土壤中非常容易流失，导致降阻效果不长久，因此，在工程应用中常采用在接地极四周使用降阻剂的方法，利用降阻剂在土壤中的扩散和渗透作用，提高土壤中导电离子的浓度，增强土壤的导电能力，从而实现减小土壤电阻率的目的在使用降阻剂时要注意以下三点：（1）选取合适的降阻剂。

目前市面上的降阻剂种类繁多，在选用时要注意其自身的电阻率一定是非常小的，而且其本身对接地体的腐蚀率也应该是很低的。

另外一个方面就是其不具有任何毒性，对周围环境和土壤不会造成任何污染。

还有一个最主要考虑的方
面是其达到的降阻效果应该长效稳定；（2）现场使用降阻剂施工时，一定要使降阻剂均匀地撒在接地体的四周，填埋的深度一般保证在0.6m以下，然后再用细土回填夯实接地体周围；（3）在冬季，许多土壤冻结明显的地区，在使用降阻剂的同时，要充分考虑到当地的土壤冻土层最大厚度，从而达到有效的降阻
2.5 多支外引式接地装置
这是一种将接地体集中布置于电气装置区外的某一点的接地体。

这种方法适用于土壤电阻率很高的地区或在遇到接地装置附近有不会冻结的河流、湖泊等情况。

但它的主要缺点是既不可靠也不安全
在使用这种方法时要格外注意设计、安装过程中，一定要充分考虑到连接到接地装置的接地极干线其本身的电阻影响，因此使用这种方法时，一般建议将外引式接地极干线的长度控制在100m以内
2.6 充分利用自然接地介质
在施工地要充分利用建筑物或者其他与水接触的金属体等作为自然接地，也可以利用水源，选择将钢筋混凝土结构里的许多钢筋网中的纵横交叉点进行焊接，并与接地网连接起来。

注意要将接地装置尽可能地铺设在流速不大之处或者静水之中，然后加以固定
2.7 采取水平接地体伸长法
在实际工作中发现，我们使水平接地体的长度不断增加，电感的影响也会随之不断增大，从而使冲击系数发生变化，而当接地体达到一定长度后，无论再怎样改变其长度，冲击接地电阻也不会再下降。

所以在实际应用中，许多时候可以采取水平接地体伸长的方法来进行降阻
施工时，只要根据土壤电阻率的大小，确定接地体的有效长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
在工程的实际施工过程中，有时候为了降低接地体周围土壤的电阻率，我们可以采用将污水引到埋设接地体处，这时接地体需采用钢管，并每隔500px钻一直径为5mm的小孔，使水渗入土中，有条件的还可以采用深井接地法。

用钻机钻孔（亦可用勘探钻孔）直接把钢管接地极打入井孔后，向管内、井内灌注泥浆的方法
3 结语
在工程施工现场的实际应用中，降低土壤电阻率的方法还有许多，这里就不再一一叙述。

在实际的工程中，降低土壤电阻率的具体实施是一个攻坚克难的复杂过程，不但要充分了解当地的气候状况、水文条件、土壤质地、地貌地形等，还需要我们根据测得的土壤电阻率进行综合的判断分析，因地制宜地制定操作性��、经济投资适度、性价比高、效果持久的降阻方法，从而使工程符合防雷安全规范要求
参考文献
[1] 建筑物防雷设计规范（GB 50057-94）[S].
[2] 乌鲁木齐市防雷减灾管理条例[S].
作者简介：张军（1982-），男，陕西人，新疆乌鲁木齐市气象局工程师，研究方向：气象探测
（责任编辑：黄银芳）。