测量土壤电阻率

部分电测深法及分析

3.1 概述

[1]我们在进行发、变电站接地网或输电线路杆塔接地装置的设计之前，必须了解接地网或杆塔接地装置所处土壤电阻率及大地结构，这样我们才能根据电阻率及土壤结构法的情况以及对发、变电站接地网及杆塔接地装置接地电阻的要求正确进行接地装置的设计。另外我们也可以根据电阻率及地质结构来计算接地装置的接地电阻、跨步电压和接触电压，进行接地装置的安全设计。因此，为了让设计的接地装置更符合实际要求，必须进行土壤电阻率的测量

在实际中很少有均匀的土壤，我们一般测量的到的是土壤的等值电阻率或土壤的视电阻率。如我们能根据测量结果得到土壤的地质结构，这对接地装置的设计将更加有力。一般来说土壤的结构可以分为近似的均匀土壤，水平分层和垂直分层土壤三种，水平分层和垂直分层的土壤结构如图3.1

在接地极或邻近接地极附近的大地表面，电位梯度主要是上层土壤电阻率的函数，而接地极的电阻却主要是深层土壤电阻率的函数，在接地装置的尺寸非常大时更是如此，接地极埋在电阻率极高的上层土壤的极端情况除外。

图3.1 土壤的水平分层和垂直分层

电测深方法的基本原理是对被测量区域和电流极间施加电流，根据电流在电位级上产生的电位来确定电阻率。电测深方法根据插入地中的电极数可分为两极法、三极法和四极

法。

3.2两极法

两极法的原理如图3.2所示

在被试两点插入电流极，在两电流极间施加电流，电源一般采用电池。将电流表串入电流回路测量流过的电流I ，将其中一电极看做零电位电压则为电池电压的额定值E 。可以粗略地估计测量得到的接地电阻R=E/I 如果电流极采用标准的半球电极电机的半径r ，则由半球接地极计算公式可以得到被测区域的电阻率ρ为

rR πρ2= （3——1）

误差分析

假设两电流极形状相同，都是标准的半球形电极，半径为r 。则由基尔霍夫第一定律，及叠加原理可列电流回路方程：

E IR L I r I s

s

=+-+']2)(2[2πρπρ （3——2）

R ’——电池内阻（Ω）

L ——一个电流极距另一个电流极圆心之间的距离（m ）

则土壤电阻率的数值为：

)('r L I IR E rL s --=πρ （3——3）

式3——1可以写成：

)2()()(''

Er L IR EL r L I r

r L I IR E rL -+-+--=ππρ （3——4）

设

)2()('EL L IR EL r L I r

-+-=∆πρ （3——5）

则式3——4可以写成：

ρρρ∆+=s （3——6）

Δρ为两极法的测量误差，根据（3——5），可对土壤电阻率的测量值进行修正。该方法测量土壤电阻率的误差波动较大，故只能用于对土壤电阻率进行粗略的测量。

3.3三极法

如图3.2所示为三极法测量示意图