土壤电阻率 - 图文

GB/T 17949.1-2000 接地系统的土壤电阻率、接低阻抗和地面点位测量导则 第1部分:常规测量_1

中华人民共和国国家标准

接地系统的土壤电阻率、接低阻抗和 地面点位测量导则

第

1部分:常规测量

Guide for measuring earth resistivity,

Ground impedance and earth surface potentials Of a ground system—Part 1:Normal measurements 1 目的

1.1 制定本标准的目的在于介绍接地电阻、接地阻抗、土壤电阻率、地电流形成的地面电位梯度等的测

量技术现状，和用比例模型试验预测接地电阻和地面电位梯度的方法。本标准还介绍影响仪器选择和各种测量技术的因素。这些因素是：测量的目的、所要求的标准度、现有的仪器类型、误差产生的原因、所测的地或接地系统的特性等。

1.2 本标准可帮助技术人员取得准确、可靠的数据，并正确分析这些数据。本导则所提供的测试步骤，有利于人身和财产安全，并可防止对相邻运行设备的干扰。

2 范围

2.1本标准的测试方法包括：

（1）测量从小型接地棒、接地板到电站大型接地系统等各种接地极的电阻和接地抗阻； （2）测量地面电位，包括测量跨步电压、接触电压和等电位线；

（3）为完善工程设计，按比例模型试验法，在实验室内预测接地电阻和地面电位梯度；、 （4）测定土壤电阻率。

2.2 本标准所列测试方法仅限于使用直流电流、周期性换向直流电流、正弦交流电流和冲击电流（用于测量冲击接地抗阻）。

本导则没有包括所有可能的测试手段和测试方法。

2.3 由于测试中的可变因素很多，测试难以做到高度准确，因此要用现有的最合适的测试方法仔细地做试验，还要彻底了解

误差产生的原因。

3 测试内容

3.1 测量接地电阻或接地阻抗和测量由于地电流形成的地面电位梯度的目的为：

（1）验证新装接地系统的合适性； （2）检查现有接地系统的变化情况； （3）测定危险的跨步电压和接触电压；

（4）测定地面电位升（GPR），以便为电力线路和通信线路设计保护措施。

3.2 比例模型试验法有助于研究新式的接地系统。由于发杂的接地方式和复杂的土壤构造，用分析法难以充分研究这种新

式的接地系统。

3.2 测量土壤电阻率有助于：

（1） 估算拟建变电站或输电线路的接地电阻； （2） 估算地面电位梯度、跨步电压和接触电压； （3） 计算相邻近的电力线路和通信线路间的电感耦合； （4） 设计阴极保护系统； （5） 进行地质勘察。 4 定义

本章列出有关本导则的术语定义，由其他组织制定或批准的术语定义与本导则有关也尽可能采用。

此处列出的定义仅适用于本导则，术语的其他解释见ANSI/IEEE 100:1977《IEEE 电工和电子术语

标准辞典》。

4.1（接）地

一种有意或非有意的导电连接，由于这种连接，可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的、某种较大的导电体。 注：使用地的目的是：1使连接到地的导体具有等于或近似于大地（或代替大地的导电体）的电位；②引导地电流流入和流出

大地（或代替大地的导电体）。

4.2接地的

指将有关的系统、电路或设备与地连接。

4.3 地回电路

利用大地形成回路的电路。 4.4 （接）地电流

在大地或在接地极中流过的电流。 4.5 接地导体

指构成地的导体，该导体将设备、电气器件、布线系统、或其导体（通常指中性线）与接地极连接。 4.6 接地极

构成地的一种导体。 4.7接地连接

用来构成地的连接，系由接地导体、接地极和围绕接地极的大地（土壤）或代替大地的导电体组成。 4.8 （接）地网

由埋在地中的互相连接的裸导体构成的一组接地极，用以为电气设备和金属结构提供共同的地。

为降低接地网电阻，接地网可连以辅助接地极。

4.9 （接）地均压网

位于地面或地下、连接到地或接地网的一组裸导体，用以防范危险的接触电压。

注：为接地均压网的通常形状是适当面积的接地板和接地格栅。

4.10 接地系统

在规定区域内由所有互相连接的多个接地连接组成的系统。

4.11 （接地极）地电阻

接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆律电阻。

注：所谓远方是指一段距离，在此距离下，两个接地极的互阻基本为零。

4.12 接地极互阻

指以欧姆为单位表示的，一个接地极1A直流电流变量在另一接地极产生的电压变量。 4.13 电位

GB/T 17949.1—2000 指某点与被认为具有零电位面（通常是远方地表面）间的电势差。 注：比零电势高的点叫正电荷位，比零电势低的点叫负电荷位。 4.14 等电位线equipotential line or contour

在给定时间内具有等电位诸点的轨迹。 4.15 电位（曲)线 potential profile

指沿规定路径上，电位与距离的函数关系曲线。 4.16 表面电位梯度 surface-potential gradient

电位线的斜率，其轨迹与电位线正交。 4.17 接触电压touch voltage

接地的金属结构和地面上相隔一定距离处一点间的电位差。此距离通常等于最大的水平伸臂距离， 约为1m。

4.18 跨步电压 step voltage

地面一步距离的两点间的电位差，此距离取最大电位梯度方向上1m的长度。

注：当工作人员站立在大地或某物之上，而有电流通过该大地或该物时，此电位差可能是危险的，在故障状态时尤 其如此。

4.19 （材料）电阻率resistivity（material） 有效电阻率effective resistivity

指一种系数，其值等于材料内的电场强度除以传导电流密度。 4.20耦合 coupling

在两个或两个以上电路或系统之间，可进行一电路（系统）到另一电路（系统）功率或信号转换的效应。 注;耦合分为紧耦合和松耦合两种,在紧耦合时，各元件的主变量间相位移笑，紧耦合各系统间有大的相互效应, 这种效应可用系统矩阵的矢积表示。 4.21 电容耦合 coupling capacitance

在两个或两个以上电路间借助电路间电容的耦合。 4.22 电阻耦合 resistive coupling

在两个或两个以上电路见借助电路间电阻的耦合。

4.23 直接耦合 direct coupling

在两个或两个以上电路间借助电路共同的自感、电容、电阻或三者集合而成的耦合。 4.24 电感耦合 inductive coupling

（1）对于通信电路，本术语指两个或两个以上的电路间借助电路互感而形成的耦合。

注;电感耦合这一术语通常指互感所形成的耦合，而直接电感耦合这一术语指诸电路共同的自感所形成的耦合。 （2）对于电力和通信电路，指相邻的电力电路和通信电路间因电感应、磁感应而形成的 相互关系。

4.25 （架空线防雷保护）接地极 counterpoise (overhead lines)(lightning protection) 指一个导体或一组导体，装设在输电线路下方，位于地面或地面上方，但绝大多数在地下，并与铁塔 或电杆基础相连。

5 接地网测试时的安全措施 5.1 （变）电站接地网测试

在进行接地网测试时，如果电力系统发生涉及该接地网的故障，则在该接地网与远方零电点位间会有致命电位差的存在。 由于接地网策划四内容之一是为电流极和电位极选定远方零电位点的位置，因此在选择电极引线时

应考虑该引线能承受引线和接地网任何一点间可能出现的电位差。此电位差的大小可如此考虑，即在比较大的（变）电站里，其接地网的接地阻抗应为0.05—0.5Ω的数量级.假定通过该接地网的接地故障电

流在20kA的数量级，则对远方零电位点的电位（地电卫生）可达1.0—10kv的数量级，如接地阻抗及 故障电流更高，则接地网电压的升高可超过10kv。

上述情况表明，在手触试验引线时应加倍小心，决不允许通过人的两手或人体其他部分是可能具有 高电位查差的两点构成回路。虽然在人触及试验引线的同时，发生接地故障的可能性极小，但不应忽视这

种可能性的存在。因此，在测量运行中的（变）电站接地网时应使用绝缘鞋、绝缘手套、绝缘垫及采用其他防护手段。

在所有的情况下，应遵守有关专业组织所规定的安全程序和安全办法。 5.2 避雷器接地极测试

由于避雷器接地极通过的是时间很短的高幅值雷电流，这种接地极属于特殊的类型。雷电流幅值可 能超过50000A对于一个有缺陷的避雷器，还要考虑其故障电流。由于避雷器断开接地极后，其底

座 电位可能升到线电位，因此不应断开避雷器接地极进行测量。只有在采取措施使避雷器放电电流减至最

小时，才可测试其接地极。 5.3 小型独立接地极

这一措施涉及电流极周围可能出现的高电位梯度。如果线电位降法那样，使测量电流流入安放在远 处的电流极，则在测试过程，应不使好奇的人停留在电流极附近。在乡村，不应使放牧的牲畜走近电流 极。

6 有关测量的一般性规定 6.1 复杂性

测量土壤电阻率、接地阻抗和地面电位梯度要比测量其他种类的电阻、阻抗和电位更为复杂。 可能需要进行多次测量并绘制曲线，杂散电流及其他因素通常会干扰测量工作。

由于电站附近地区的开发和工业的发展，为测量接地电阻而选择侧棒的合适安放位置就越来越困 难。此外架空地线、地底水管、电缆外皮等可能使接地网畸变或扩大。

注：架空地线可因有意外或因接触腐蚀而对地绝缘，因此低电压的测试结果与真实故障时的测试结果可能不同 接地阻抗的测量应在接地网安装完毕后立即，以确定应接入接地网的接地不见无漏接。要考虑

到以后安装的装置如水管、铁轨等将会改变所测的数据。还要考虑到，在接地网安装一年以后，由于土壤变得均匀坚实，接地阻抗通常会降低。 6.2 试验电极

在接地阻抗测量中，要用到电流计和电位极。

如果所采用的接地阻抗册来那个方法是两点法或三点法，则对两点法来说试验电极的阻抗与待测接地极的接地阻抗值相比较应可予以忽略，而对于三点法来说试验电极的阻抗与待测地基的接地阻抗值应 属于同一数量级。否则，测试结果就可能不准确。

显然，以上的限制使上述的测量方法仅适用于像住宅游泳池和小型低电压配电变电站那样相对来说 较小的接地网。

在采用点位降法测量低阻抗是，对试验点击的要求不是如此严格。

理论上，试验电极的接地电阻不会影响测试结果，因为此因素以极高在测试方法中加以考虑。但实际上， 试验电极的接地电阻值不应超过一定限度，否则，超过测量仪器的电流不足。这就意味着： （1）该电流低于仪器灵敏度的要求之； （2）该电流的地中咋山电流属于同一数量级； （3）上述两者均存在

对于第一种情况，子测量现场可采取的唯一正确的测量方法是提高测试电流。为此可提供电源电压，或降低试验点击的接地电阻。提高电源电压并不总是能办到的，他别是在测量仪器配上手摇发电机时更是

如此。如提高电源电压可行，则采取措施避免在试验电极和试验引线上出现危险点位。在采取特殊安全措施（如带绝缘手套货船绝缘鞋）后，可将试验电极和试验引线上的最高安全电压提高到100V。

通常提高测试电流的最有效方法，是降低电流极的接地电阻。这可通过将电流极更深的埋入土壤，

在电流极周围泼水，或打辅助电极并和电流极并联方式实现。但在所泼水中添加盐是无甚效果的，增加湿度才是最有效的。

通常，电流极和电位极的电阻值应符合所用仪器的要求。对普通的市场出售的仪器，电位极的接地 电阻值可取1000Ω，有些制造商则声言他们的仪器允许采用1000Ω的电位极。

电流极的电阻通常应小于500Ω，电流极的电阻值是电源电压和所要求的测试电流的函数。电源电 压与电流极电阻的比值决定了流过所用仪器电流表的测试电流。按照经验，电流极电阻与待测接地极电 阻的比值不应超过1000比1，最好是100比1或更小。

对于第二种情况，在进行直流电流测试时，测试电流应增加，以克服地中直流杂散电流的干扰效应。 在用交流或周期性幻想直流电源测试时，应选用不含杂散电流频率的测试电流。

6.3 直流杂散电流

土壤的导电是电解性导电，直流电流导致化学反应和使电位差具有极性。在各种类型的土壤间，和在土壤与金属间的电池效应，都产生直流电位。直流电位、极化、以及直流杂散电流都可能严重干扰直流电流测量。因此，在测量市场使用周期性换向直流电流，或使用规则的脉冲电流。然而，用周期性换向直流电流作电阻测量时，其多次所侧值虽十分接近，却可能与按交流运行时的电阻值相差较多，因而不够准确。

在有太阳感生光电电流（准电流)的地区还应采取特别措施。 6.4 交流杂散电流

地中交流杂散电流、待测接地系统的杂散电流、以及试验电极中的杂散电流是测量变得复杂化。为 减少交流杂散电流对接地电阻侧量的效应，可在测量时使用非杂散电流的频率。大多数测量频率使用 50Hz 到100 Hz的频率。为克服电流杂散的效应，常需要使用滤波器或翟品带测量仪器，或二者皆 用。

6.5 大型接地系统阻抗的电抗分量

大型接地系统的接地阻抗可能非常低（可达0.010Ω），但其正交分量可能较大。在测量大型接地系统 的贡品接地阻抗是，应采取一些措施。对于这种测量，测试装置应接近工频下工作，但测试频率应稍 或稍低于工频。为取得较高准确值，测试电流最低值不得小于50A，应避开工频接地电流。本标准 的第二部分《特殊测量》将规定大型接地系统的阻抗测量方法。 6.6 试验引线的耦合

在测量地址接地阻抗时，试验引线间的耦合变得重要起来。由于电流引线中电流的流动，耦合到 电位引线而产生的任何电压，将直接叠加到所欲测量的电压上，因而产生测量误差。两条平行试验引线 间工频的电感耦合所造成的误差可高达0.1 Ω/100m，其影响是客观的。通常地接地阻抗总是出现在 大面积接地网上，测量这种接地网就用得着厂的试验引线，以便引到远处零电位点。

相反，小面积接地网通常有较高的接地阻抗，可用较短的试验引线引导远方零电位点。因此，可以认为在测量大面积低抗接地网时，试验引线间的耦合是比较严重的。根据经验，对于接地阻抗为10Ω

或以上的接地网，其试验引线间的耦合通常可以忽略；对于接地阻抗是1Ω或以下的接地网，其试验引线 间的耦合应予以重视；而对于接地阻抗在1—10Ω的接地网，其试验引线间的耦合应予考虑。

试验引线间的耦合可通过适当的安排电位引线和电流引线的走向而减少。在估计到试验引线间会 有耦合时，应将电位引线和电流引线间的角度尽可能放大。 6.7 地下金属物

部分或完全埋地的金属物如铁轨、水管、或其他工业金属管道对测量结果会有很大的影响。 在土壤电阻率测试中，靠近测试场地的地下金属物常引起所测值的急剧下降。所测值降低的数值和 程度，表明地下金属物的大小和深度。位于地下金属物附近的接地极的所测电阻，与该地下金属物 5

相比较，其值将下降较多。总之，在为防止通信干扰为测定有效地面电位升（GPR）时，不应忽视地下金属物的效应。在地下金属物上测量地面电位和电位梯度时，地面电位等位线会畸变，电位梯度会上升。

在需要测量土壤电阻率的地方，如怀疑有地下金属物，却能确定这些地下金属物的位置时，可通过

将试验电极排列的与该地下金属物的走向垂直，来减少金属物对土壤电阻率测量结果的影响。此外，试验电极应尽可能远离地下金属物。

7 土壤电阻率测量 7.1 总则

不管测量土壤电阻率的目的如何，其测量技术实际上是一样的。但是对测试数据的分析却可能是多 样的，在遇到多种土壤电阻率的土壤时，情况更是如此。多种土壤电阻率引起额外的复杂性是通常现 象，而在深度增加时土壤电阻率不变化也是很少有的现象。

土壤电阻率不紧随土壤的类型变化，且随温度、湿度、含盐量和土壤的紧密程度而变化（图1 ）

海水地区的土壤电阻率为0.01—1N。M；砂岩地区的土壤电阻率能搞到109Ω。M。温度自25C向0C下降时，土壤的电阻率会随之缓慢上升；在0C以下，则迅速上升；而冻土（如冬天的表层土壤）的土壤电阻率可能非常的高。

表1 列出各种土壤和各种岩石的电阻率，该表具有简明的优点。

通常土壤有若干层，曾与层的电阻率是不同的。土壤电阻率的横向变化也存在，但通常是渐变 的，在测量地段附近可不考率土壤电阻率的横向变化。

在大多数情况下，测量数据表明，土壤电阻率p主要是深度z的函数。为便于表达，此函数可写成 如下式：

ρ=φ(z) ——————————————(1） 式中;

ρ——土壤电阻率 Z——深度

函数f（Z)的特性一般来说不是简单的，因而为分析测试数据，最好先建立一个能给出最有近似值 的简单函数fC。对于电力线路和通信线路，取两个水平层的土壤构造和指数函数的土壤构造，可

得到较好的近似值，在进行接地系统设计时，该值是有用的。

接地极和临近第几的地面电位梯度主要是上层土壤电阻率的函数。可是，接地极的接地电阻却主 要是深层土壤电阻率的函数，在接地极非常大时更是如此。

注：在接地极买在土壤电阻率他别搞得撒谎能够层土壤的极端情况下，上述结论不适用。 输电线路的工频接地参数受不同电阻率的各层土壤的影响，而载波频率、无线电频率或冲击波的地 回路阻抗实际上仅仅受伤曾机密土壤层的影响。

上述情况说明需要对表层和深层土壤同时进行土壤电阻率的测量。用这种方法可取得许多数据，而 对应每个数据，测试电流都和周围土壤电阻率的增量有关。 表1 抵制其和地质构造与土壤电阻率

土壤电阻率 Ω。m 第四纪 白岩记 第三纪 第四纪 1 （海水） 10（特地） 30（甚低） 100（低） 300（中） 表层为沙砾和石子 1000（高） 3000（甚高） 10000（特高） 砂岩 的土壤 大理石 板石岩 花岗岩 片麻岩 砂岩 沙质黏土 粘土 白岩 白岩 暗色眼 辉绿岩 页岩 石灰岩 页岩 石灰岩 砂岩 石英岩 石炭纪 三叠纪 寒武纪 奥陶纪 泥盆纪 寒武纪前 和寒武纪 7.2 测量土壤电阻率的方法 7.2.1 地质资料和土壤式样

通常，在安装接地网的地方，总要进行大规模的土建工程。为此要进行地质勘探，以获取有关土壤的特性和构造的大量资料。这对试图取得这些资料的电气工程师会有帮助。用一只尺寸的土壤式样相

对两面间所测得电阻值，来确定土壤电阻率是不妥的，因为改值包含了土壤式样和电极的接触电阻， 而这是未知的。

如果对土壤试样进行四端电阻测量，则可得到较准确的测量结果。电位端子的尺寸与试样的截面相 比应较小，且应与电流端子相距较远，以保持式样电流分布近于均匀。如果此距离与试样截面大边的

尺寸相同，即足以满足测量要求。

然而，对试样进行电阻率测量，以得到土壤电阻率的有用近似值是困难的，且在这种情况下是不可 能的。这是由于难于得到有代表性的、均匀的土壤试样，和难于在试验槽中复制原有土壤的紧密性和水 分含量。

7.2.2 深度变化法（三点法）

此法又名三点法，用此方法许多次测量接地电阻，每次测量时，北侧电极的埋地深度需加深以给定量， 其目的是迫使更多的测试电流流过深层土壤。所测电阻值将反映深度增加的土壤电阻率的变化。通 常被试电极是一根细长的棒。用细长的棒而不用其他形式的电极作被试电极，是因为细长的帮有两个重 要优点：

（1）准确计算接地棒的理论接地电阻值比较简单，因而分析测试结果较容易； （2) 将接地棒打入土壤的操作比较容易。

用8.2 条所述的任一方法，就可进行上述测量。然而，所测量的接地电阻值应尽可能准确，以便能与 理论接地电阻值比较。因此，优先用电位降法测量较好。

深度变化法能测量到被试电极临近区域（相当于该被试电极地下部分长度的5--10倍）的土壤特 性，如要测量大面积的土壤，则应用四点法测量，因为将长的被试电极打入土壤是不现实的。 7.2.3 两点法

可用西坡（Shepard）土壤电阻率测定仪和相似的两点法在现场粗略的测量来经翻动过的土壤的电 祖率。这种装置包括一个小的电极和一个更小的铁电极，二者都负在绝缘杆上。电池的正极通过抑制 毫安表连接在较小的电极上，而电池的负极则连接到另一极。该仪器可在电池标称电压上校准，直接 显示n，cm值。这种仪器易于携带，通过将电极打入地中或挖掘坑土壤的侧壁或底部，可在短时间内对 小块土壤进行大量测量。 7.4.2 四点法

要对大面积为翻动过的土壤进行土壤电阻率的测定，最准确的方法是四点法。将小电极埋入北侧土 壤呈一字排列的四个小洞中，买入深度均为b，直线间隔均为a。测试电流I流入外测两电极，而内测两 电极间的电位差V可用电位差计或高阻电压表测量。V/I极为用Ω表示的电阻R。

通常采用四点法的两种形式： （1）等距法或温纳（wenner）法

采用此种方法时，电极按图（a）等距布置。设a为两临近电极间距，则以a，b的单位表示的电阻率p

为：

式中p——视在土壤电阻率 R——所测电阻

A——电极间距 B——电极深度

注：视在土壤电阻率值与土壤电阻率真实值有区别的一种近似值，详见图4 与附录A。

必须说明，上式不适用于打入深度为b的接地棒，该市仅适用于埋在深度为ib的带绝缘连接线的小电机。然而实际上，四个电极通常置于间距为a的直线上，入地深度不超过0.1a，因而可假定b=0，则公式

简化为 p=2πaR——————————（3） 从而得到深度直到a的视在电阻率。

在各种电极间距时得出的一组数据即为各种视在土壤电阻率，以该数据间距的关系汇成曲线，即 可判断该地区是否存在多种土壤层或是否有岩石层，还可判断其各自的电阻率和深度（图2） （2）非等距法或施伦贝格-巴莫(Schlumberger-Palmer)法 8

GB/T 17949.1—2000 温纳法的一个缺点是当电极间距增加到相当大时，内侧电极的电位差迅速下降，通常

用仪器测不出如此低的电位差。为了能测量大距离的电流极时的土壤电阻率，可用图(B)的布置方式。此 时电极布置在相应的电流极附近，如此可提高所测的电位差值。

此种布置的电位公式很易于确定，如果电极埋地深度b与其间距d和c相较甚小时，所测得电阻率可按下式计算：p=πc（c+d)/d——————————(4) 式中： p——视在土壤电阻率 R————所测电阻 C——电流极与电位极间距

D——电位极间距

7.3 测试数据的分析

对现场测量的数据分析或许是测量过程中最困难的部分。正如7.1条所述，由于土壤构造的不均匀 性土壤电阻率的变化是大而且复杂的。除少数情况外，有必要对土壤构造建立一个简单的等值模型，此 模型取决于：

（1）测量的准确性和范围：

（2）所用的测量方法 （3）所用数学的复杂性 （4)测量的目的

对于电力工程，在不使用过多数学的条件下，两层等纸模型是足够准确的 7.3。1 地质资料和土壤试样

为分析有地质勘探所提供的资料，不必用专门的工具或数学方程式。 7.3.2 深度变化法（三点法，附录A）

在下列分析中，假定被试电极是一个打入深度为l的接地棒。与l相比较，接地棒的半径r是小的。 对于其他形式的被测电极，其计算方法与以下所列着相似。 埋在同质土壤内的接地棒的接地电阻为：

----------------(5)

或者为 式中：R-------接地电阻 ρ—----视在土壤电阻率 l-------------接地棒埋深

--------------（6）

r---------------接地棒半径

此二式选用哪一个，取决于近似的程度。从接地棒埋深的每一l值所测的电阻值R，可得出现在 土壤电阻率p，将p与对应的l值汇成曲线。可看出电阻率随深度变化的情况。为更清楚起见，现 假设从现场测试数据的出如图4所示的曲线

从曲线可知，土壤构造至少可分为三层，在浅层土壤（深2--5米），土壤电阻率为210Ω。M，在中层 土壤，土壤的电阻率为浅层土壤的2---2.5倍，近看曲线不以确定中层土壤的厚度，第三层土壤导电良好， 其电阻率肯定低于100Ω。M。然而，仅凭查看曲线还不可能的到真实值。可有两种办法取得真实值： （1）将接地棒更深的打入土壤，继续测量；

（2）从所测数据，用分析技术计算等值土壤构造。

继续增加测量次数肯定会有助于取得第三层的土壤电阻率，然而上两层的厚度仍不易确定，而 且，将接地棒打得很深肯能是困难和费用太大。其他的办法可以是：假定土壤是同质的；土壤是两层 （或以上）的构造；土壤电阻率随深度按简单的数学规律（线性、指数函数……）变化的土质构成等。

在这种土壤模型中接地棒的接地电阻是已知的，或者可以较容易地计算出来（附录A）。用简单的计 算机程序或用试探法，就可得到与测试结果温和的很好的土壤模型结构（附录B）。

前面一提到，用深度变化法无法测得距被测电阻较远地区（距离大于被测电阻地下部分长度的5-- 10倍）的土壤电阻率。 7.3,3 两点法

由于本法仅适用于测量小块土壤的电阻率，因此不用对测试数据进行分析。 7.3.4 四点法

四点法的分析法与7.3.2条三点法的分析法相似。自温纳法布置中，所测得视在土壤电阻 率与电极间距a的关系用曲线表示，此曲线表示该土壤的构造。由于从曲线不易确定各层土壤的厚 度，就有许多确定土壤层厚的经验方法如： （1）吉什—龙尼(the Gish and Rooneng)法

该法通过土壤电阻率曲线形状的变化判断，在曲线曲率转折或变化时，在电极间距相等的深度处， 开始出现另一层土壤。

（2)兰开斯特—琼斯（the Lancaster-Jones)法

该法认为再出现曲率转折点时，即是下一层土壤，其深度为所对电极间距的2/3处。 然而，较好的办法还是采取如下的土壤模型： （a）土壤的土壤电阻率不变化，即土壤是同质的； （b）土壤有几个水平层，每层土壤电阻率不变化(附录A） （c）土壤有按指数函数变化的土壤电阻率（附录A).

对于以上每一种模型，其视在土壤电阻率与各种土壤参数间的数学关系，应是已知的，或是易于计 算的。某些经常使用的分析方法在附录B中有叙述。

现给出指数函数型及两层土壤模型的解法，使合适的分析方法可得到与测试数据一致的曲线，从 中得出所需的土壤参数，图5示出土壤模型（b）和土壤模型（c）得出的曲线。 要根据测量目的选取最佳模型，通常用两层土壤模型能得到较好的结果。

7.4 仪器

7,。4.1 两点法

用西坡（Shepard）土壤电阻率测定仪或类似的仪器（7.2条）。 7,4,2 四点法和深度变化法（三点法） 可使用下列任一种仪器（12章) (1) 带电流表和高阻电压表的电源； （2）比率欧姆表； （3）双平衡电桥； （4)单平衡电压器；

（5）感应极化发送器和接收器；

用不同的接线方式和端子，这些仪器即可测量接地电阻，也可测量电阻率。

在感应极化测量中，间距通常要达到1000m。由于间距长，其电阻往往小到几百分之一欧姆的数

量级。这就要用电高达180V电池电源的灵敏直流电位差计测量。对于较短的间距，使用比率欧姆表、双平衡电桥、单平衡变压器就可以啦。对于某些仪器，需对电位极的电阻进行矫正，通常可以从仪器制造厂 得到校正系数。

感应极化发送器的额定功率通常为几百瓦。然而，对于大的间距或极高的上层土壤电阻率，可能需 要用超过1000w的发送器。 8 接地阻抗 8.1 总则

一般来说，接地电阻的阻抗是复数阻抗，包括电阻分量、电容分量和电杆分量所有这些分量都影响 接地电路的在流能力。对于工频接地电路，接地电阻特别起作用，该阻值受接地电路范围内土壤电阻率 的影响。电容分量和电感分量则对诸如与无线通信好累计有关的较高频率接地电路起作用。

测量接地阻抗的目的为： （1）测定接地电路的真实阻抗； (2)对计算值进行校核； (3)确定；

（a）由于电力系统接地故障电流引起的地面电位升高及在整个地段内的电位变化； （b）防雷保护接地极的适用性；

（c）无线电发射机发射电路接地极的适用性

（4）取得建筑物的法律保护，建筑物内设备防雷保护及有关人身安全所必需的设计数据。

为保证人身安全，绝缘足够和连续运行，应研究电力系统和通信系统的接地网，以确定接地故障时 地面电位的变化情况。 8.1.1 特性

接偶地网的特性随土壤的成分和物理状态，以及随接地极的延伸范围和形状的变化。任何地方的土壤

都是电阻率大不相同的干土、湿土、石子、石板、沙石或其他自然材料等各种成分所分别组成。在某一 大片地区，土壤可能是相对均匀的，而在另一些地区，土壤可能是花岗石、沙子或高祖率的其他物 质所组成，从而实际上与周围地区绝缘。接地网的特性（欧姆率电阻）还随季节而变化，季节影响土壤的 湿度、含水量和粘结性。

计算和经验表明，在给定土壤条件下，接地网的效果很大程度上取决于接地网的总体尺寸。在接地网 中增加埋地导体或接地棒多少有助于将地接地阻抗。随着接地导体或接地棒的不断增加，其将地接地阻 抗的效果相应减少。减少输电线路铁塔或杆柱的接地电阻的一个有效方法是安装幅向杆塔接地极。

在变电站或其他接地结构安装以后，随着每年周期性气候的变化，土壤会不断沦陷，从而在头一、两 年是接地阻抗趋于下降。

由于接地网的接地电抗相对于接地电阻来说通常可忽略不计，因此其接地阻抗通常用接地电阻表 示（对于接地阻抗低于0.5Ω的大型接地网及用于冲击或脉冲电流的接地极，此条不适用）。在接地网埋

设一年或两年后，接地电阻值通常每年变化不会太大。虽然接地网可能埋设在地面下近半米处，大型变电站接地网的接地电阻似乎与埋设土壤的电阻率的变化无关。对于配备长接地棒的接地网，由于接地棒所

接触的深层土壤一般不受气候条件（指温度和湿度的变化，这导致上层土壤电阻率变化）影响，这一条特 别正确。然而，对于埋设在高土壤电阻率土层的接地网，或小型接地网（面积小于50m2），这一条就不适用。

大面积接地网为期18年的记录表明，其所侧接地电阻值无甚变化，而在同一面积内的土壤电阻率 测量表明土壤电阻率变化很大（在浅层大17:1)应该注意到，只有少量接地棒的接地网的接地电阻， 可能紧随土壤电阻率测定所示的电阻变化。这表明大面积接地网的接地电阻是正比于深层土壤电阻 率测定值的，在该深层土壤，土壤电阻率变化较小。

某些从输电线路故障点到变电站接地网的接地故障电流，趋向于沿输电线路流过。平均电流路径的 深度正比于土壤电阻率的平方根，而反比于频率的平方根。因而，接地电阻趋向于加大电流路径的横截 面，而接地电抗趋向于减少其横截面，使其更靠近输电线路，这种趋向确定了远离该接地极电流路径的模式。 8.1.2 接地电阻的理论值

从接地网到远方大地的接地电阻的计算值或理论值与所测值可能相差较大，其原因为： （1) 计算机地电阻所用的分析方法不合适；

（2）测量时的土壤条件不同，及测量时的土壤电阻率与计算是所采用的土壤电阻率不同。 (3)土壤电阻率测量不准或测量范围较小，如测试的次数不够、数据分散，电极间距和所用仪器不 合适。

（4）土壤中有邻近的埋入金属物和接地线，这些可能转移一定量的测试电流。

为了减少土壤电阻率和接地电阻之间不对应的误差因素，建议在相似气候和湿度条件下进行土壤 电阻率和接地电阻的测量。 12

如果所测得树脂作为设计接地网的依据，则应在各种气候条件下测量。这件有助于设计人员建立 最严格或极限的条件，特别对于受季节条件影响大的小型接地网更有必要。

8.2 测量接地阻抗的方法 8.2.1 通则

本条仅涉及通常的测量方法，所用测量仪器参见第12章。在本条中把欧姆值成为电阻，此时应注意 在待测接地网的欧姆值小于0.5欧姆，且相对而言该接地网覆盖较大范围时，应将电抗分量考虑进去。对 于接地阻抗高于1Ω的接地网，电抗分量无甚作用。为避免直流电流引起的极化效应，通常用交流电流 或周期性幻想直流电流测定接地网的接地电阻，交流电流的频率应接近工频。 8.2.1.1 两点法（电流表—电压表发）

用本法测量时，测得的电阻值时待测接地极和辅助接地极电阻值之和。与待测接地极的接地电阻相 比较，辅助接地极的基地电阻被认为是可忽略的，因此用欧姆表示的所测电阻值即称为待测接地极的接 地电阻值。

两点法通常应用于有金属自来水管道系统，且管道接头无绝缘的建筑物的单根接地棒接地电阻的 测定。该水管即辅助接地极，其接地电阻假定为1Ω数量级，与接地棒的最大允许接地电阻（通常为25Ω 数量级）相比应较低。

显然，对于接地电阻值低的接地棒，此法的误差较大，但对于仅需进行粗侧的场所，两点法是有用和合适的。 8.2.1.3 三点法

此法适用两个试验电极，其接地电阻分别为r2、r3，待测基地及的接地电阻为r1。每两对电极间的电 阻为r12、r13、r23，此处：

. r12=r1+r2,r13=r1+r3,r23=r2+r3

解联立方程，得： --------------------------(7)

因此，借助测量每对电极的串联电阻值，并代入方程，可求出r1得知。如果两个试验电极的接地电 阻较待测接地极的接地电阻大许多，则每项测量的误差将在最后的结果中放大很多。测量时，电极间必 须相距一段距离，否则计算结果可能变得荒谬，如出现零电阻或负电阻等。在测量单根接地极接地电阻 时，三个电极相互间的距离应至少为5m，最好为10m或以上。对于具有较低接地电阻的较大面积的基 地网来说，其间距应至少与接地网尺寸书同一数量级。对于大型变电站，此要求很难满足。因而如果需 要高的准确度，宁愿采取电位降法。 8.2.1.3 比较法

采用本法时，通常使用和电位降法相同的电极形状，时待测接地极的接地电阻与一已知电阻比较。 由于本法为比较法，在测试电流搞到能保证足够灵敏度时，其欧姆读数与测试电流的大小无关。 8.2.1.4 多级大电流发和故障电流法

当需要在某个接地装置上去的特定数据是，可采用多级大电流试验。在发生时机接地故障时，可通 过使用示波器或电站自动示波器，得到作为辅助资料的接地阻抗值。

多级大电流发和故障电流法所采用的一起是相同的，其目的是在一个或多个示波器上录取所选测点

之间的电压。所要录取的电压值可能很高。为此需要配备电压互感器。可能出现的最大电压值，以及由 此所需的电压互感器变化，应在测试钱用实际测试点留下的电位降法测定。

另一个要注意的事项是示波器的电路的校准，该电路由高电阻一次回路的电压互感器构成。该高电阻 包括远方电位极及其串联长阴线的电阻。可以再一次回路中加入一个所测电压，是该电压与测试时所使 用的远方电位极及其引线串联，来校准示波器元件的偏差。

待测实际接地点的位置却绝育所需的数据。但是在所有的情况下，对于6.6条所指出的试验回路间 的耦合，均应给出合适的允许误差。 8.2.1.5 电位降法

电位降法有若干变量，此法适用于所有各种接地阻抗的测量。如第6.5条所述，大型接地网的接地阻 抗小于0.5Ω时，其电抗分量可能较大，因此所测得只是阻抗，虽然属于上常称电阻。仍应视为阻抗。

此法包括将电流输入待测接地极，及记录该电流与该接地极和电位极间电压的关系。 要设置一个电流计，以便向待测接地极输入电流，如图6所示。

流过待测接地极E和电流极C的电流I是地面电位变化。沿电极C、P、E方向的电位曲线如图7所 示。以待测地极E为参考点测量地面电位，为方便计，假定E点电位为零电位。

电位降法的内容是画出比值V/I=R随电极间距x变化的曲线。电位极从待测接地极初开始，逐 点向外移动，每一点测出一个视在接地阻抗值。画出实在接地阻抗随间距变化的曲线，该曲线转入水平 阶段的欧姆值，及当做待测接地极的真实接地阻抗值（图8）

由于这种经验方法仅仅在水平段非常分明是，其结果才比较正确，因此在应用时要特别仔细。附录 C对电位降法的原理做了说明。

为了取得曲线的水平部分，应将电流极置于待测接地极作用范围以外。该作用范围有时被称作变

电站接地范围，在该范围以外，地电流所引起的地电位升高可忽略不计。理论上，待测接地极的作用范围可延伸到无穷远，实际上有与该作用范围与待测接地极距离的多次幂成反比，其作用范围是有限的。在测试接地极电阻在1Ω及以下的接地网或多根深埋接地棒时，方考虑并测定其作用范围。对于像单根接地

棒、杆塔基础（未与架空地线或地线相连）这样的小面积接地，可按50m数量级的间距设置电流极，这 在现场容易办到，此时待测接地极的作用可忽略。对于大型接地网，所要求的间距不切实际或者无法 实现。因此，曲线的水平部分难以办到，就要采用其他的分析方法。

对电位降法的理论分析表明，将电位极P置于电流极C的另一侧(P2)，常常导致所测得视在 14 接地电阻值小于真是接地电阻值，说明这一点是重要的。

图8 高阻抗接地系统实例

而当电位极置于电流极C同一侧，但远离该电流极（P1）时，则在某一具体位置处测得真实的 接地电阻值。

然而应当强调，将电位极置于P2位置可将试验引线间的耦合大大减少。如果将P2和C间的距离 放得相当大（响度与待测电极E），则有可能用此法得到待测接地极E真实接地电阻的下限值。

大型接地网的典型曲线如图9所示。该图的数据取自对一个约有125m×150m接地网的变电站 的测试。图中的距离从变电站的围墙处开始计量，因此在曲线的0距离处，其接地阻抗不为0。曲线B 视在电位极位于E和C间（P）处时测得，而曲线是在电位极C另一侧（P2处）时测得的。

测试表明在电流极和变电站接地极间存在互阻，这就是曲线B未能扁平的原因。曲线A倒似乎变 平了，可从中求得待测接地极真实接地阻抗的下限值。 8.2.1.6 测试结果的分析

附录C表明，存在一个可得出待测接地极真实接地阻抗的电位极间距。

然而，要确定电位极的真却间距是困难的，如果接地网具有复杂的结构更是如此。电位极的正确间 距也是土壤构造带的系数，适用于小型接地网的这种函数关系如图10所示。

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